Unter Solarthermie werden technische Systeme verstanden, die nutzbare Wärme mithilfe der Solarenergie erzeugen. Ein anderer Begriff ist Solarkollektor. 

   Sogenannte Hybridanlagen (PVT) kombinieren Photovoltaik und Solarthermie.

Zwei wesentliche Bauarten gibt es: Flachkollektoren und Röhrenkollektoren. Bei den Flachkollektoren liegt ein Kupfermäander als Wärmetauscher hinter einer Glasplatte. Die Sonne erwärmt das Wärmeträgermedium in den Kupferrohren (Solarflüssigkeit), das über eine Solarpumpe (meist im Rücklauf positioniert) in den thermischen Speicher der Wärmeversorgung des Hauses geleitet wird. Das kann der Warmwasserspeicher (Brauchwasser) oder der Heizungspufferspeicher sein. Dort gibt das Solarmedium seine Wärme ab und wird wieder zum Flachkollektor gepumpt.

Röhrenkollektoren funktionieren ähnlich, nur dass die Kupferrohre einzelne Glasröhren durchlaufen, in denen meist ein Vakuum herrscht. Dadurch sind die erzielbaren Temperaturen höher. Allerdings sind solche Kollektoren konstruktionsbedingt teurer als Flachkollektoren.

Solarthermie und Photovoltaik haben beide das gleiche Problem: Die meiste Energie wird während der Monate mit viel Sonneneinstrahlung erzeugt. Solarthermische Kollektoren stellen das Gros ihrer Wärme also in der Jahreszeit bereit, in denen in der Regel keine Heizwärme benötigt wird. Sie nur für Brauchwasser (Warmwasser) einzusetzen ist nicht wirtschaftlich und vom Materialaufwand (Kupfer) her auch nicht ökologisch. Denn Warmwasser lässt sich ebenso gut aus Solarstrom erzeugen, über einen Heizstab im Warmwasserspeicher. Effizient sind auch Wärmepumpen, die mit Solarstrom laufen, im Winter mit Ökostrom aus dem Netz.

Zudem können solarthermische Systeme im Sommer so heiß werden, dass der Wärmeträger in den Rohren verdampft. Bezeichnet wird dies als Stillstand der Anlage. Der Druck im System steigt und sprengt die Dichtungen. Aus diesem Grunde werden für solarthermische Anlagen sehr große Speichervolumina gebraucht. Ausgelegt werden diese daher nach dem Überhitzungsschutz für die Solarkollektoren, nicht für den eigentlichen Wärmebedarf im Gebäude selbst. Das kann diese Technik ineffizient machen.

Aus diesem Grund werden solarthermische Systeme in der Wärmeversorgung von kleineren und mittleren Wohngebäuden kaum noch genutzt. Lediglich bei Anwendungen, bei denen im Sommer viel Warmwasser benötigt wird (Hotels, Krankenhäuser usw.), lohnt sich die Investition.

Die Sonneneinstrahlung in Deutschland beträgt je nach Region zwischen 900 und 1.200 kWh pro Quadratmeter. Die Wärmeverluste in einer solarthermischen Anlage können sich auf bis zu 50 % summieren. Demnach ergeben sich Wärmeerträge von 450 bis 600 kWh je Quadratmeter Kollektorfläche.