Η ενέργεια με την οποία τροφοδοτείται ο πλανήτης μας προέρχεται σχεδόν εξολοκλήρου από τον ήλιο. Ένα μικρό ποσοστό της ενέργειας της γης είναι γεωθερμική ενέργεια που είναι η θερμική ενέργεια του πλανήτη και κοσμική ακτινοβολία.

Η ενέργεια του ήλιου είναι πυρηνική ενέργεια που προέρχεται από τη συνένωση και τη σύντηξη πυρήνων υδρογόνου και τη δημιουργία πυρήνων του χημικού στοιχείου ηλίου.

Πολλά φυσικά φαινόμενα, όπως άνεμος και βροχές, προκαλούνται λόγω της ακτινοβολίας του ήλιου. Με τον όρο ηλιακή ενέργεια όμως συνήθως εκφράζουμε την ενέργεια που δεχόμαστε από τον ήλιο απευθείας μέσω ακτινοβολίας. Αυτό συμπεριλαμβάνει την θερμότητα, την φωτεινή ενέργεια και ενέργεια ακτινοβολίας άλλων συχνοτήτων.

Για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, χρησιμοποιούνται δύο είδη βασικών συστημάτων: ενεργητικά και παθητικά ηλιακά συστήματα. Τα παθητικά συστήματα εκμεταλλεύονται τις φυσικές ιδιότητες της ηλιακής ακτινοβολίας και γίνεται σχεδιασμός κτιρίου με βάση τον βέλτιστο προσανατολισμό και με χρήση κατάλληλων δομικών υλικών. Στα ενεργητικά συστήματα υπάρχει συλλογή της ηλιακής ακτινοβολίας η οποία μεταφέρεται είτε με τη μορφή θερμότητας ή με την μορφή ηλεκτρικής ενέργειας για τελική κατανάλωση, με χρήση ειδικών σχεδιασμένων διατάξεων. Μια υποκατηγορία ενεργητικών ηλιακών συστημάτων είναι τα φωτοβολταϊκά συστήματα, τα οποία μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο είναι ένα φυσικό και χημικό φαινόμενο το οποίο συνδέεται με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και συχνά θεωρείται μια ειδική μορφή του. Κατά την έκθεση ενός υλικού στο φως (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο ορατό φάσμα), παρατηρείται διέγερση ηλεκτρονίων του υλικού με συνέπεια την δημιουργία ηλεκτρικού δυναμικού. Η κύρια διαφορά στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο σε σχέση με το φωτοηλεκτρικό είναι ότι τα διεγερμένα ηλεκτρόνια παραμένουν στο υλικό ως ελεύθερα φορτία, ενώ στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο τα διεγερμένα φορτία ελευθερώνονται στο περιβάλλοντα χώρο. Η ποσότητα των ηλεκτρονίων που διεγείρονται, και στις δύο περιπτώσεις εξαρτώνται από τις ιδιότητες του υλικού και την συχνότητα και την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.

Για την εκμετάλλευση του φωτοβολταϊκού φαινομένου, ειδικές διατάξεις έχουν σχεδιαστεί για την μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική και τα φωτοβολταϊκά συστήματα επιτρέπουν τόσο την μετατροπή της ενέργειας όσο και την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας στα σημεία τελικής κατανάλωσης.