人類將太陽能作為一種能源和動力加以利用只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”和“未來能源結構的基礎”，則是近來的事。太陽能轉換利用主要指利用太陽輻射實現采暖、采光、熱水供應、發電、水質凈化以及空調制冷等能量轉換過程，滿足人們生活、工業應用以及國防科技需求的專門研究領域，主要包括太陽能光熱轉換、光電轉換和光化學轉換等。太陽能光熱利用指將太陽能轉換為熱能加以利用，如供應熱水、熱力發電、驅動動力裝置、驅動制冷循環、海水淡化、采暖和強化自然通風等;光電利用指通過太陽能電池的光伏效應將太陽輻射直接轉化為電能加以利用的過程;光化學利用則包括植物光合作用、太陽能光解水制氫、熱解水制氫以及天然氣重整等轉換過程。太陽能轉換利用涉及的理論基礎包括工程熱物理的幾乎所有分支學科，關系最密切的是工程熱力學、傳熱傳質學和熱物性學;要構成有實用價值的太陽能利用系統，還需要進行熱力系統動態學研究。太陽能轉換利用還和化學、材料科學、光學工程、建筑科學，生物科學等學科有著密切聯系，是一門綜合性強，學科交叉特色鮮明的研究分支。

太陽能是最重要的可再生能源之一，資源總量大，分布廣泛，使用清潔，不存在資源枯竭問題。進入21世紀以來，太陽能利用有令人振奮的新進展，太陽能熱水器、太陽能電池等產品年產量一直保持30%以上的增長速率，被稱為“世界增長最快的能源”。我國太陽能熱水器與德國的風力發電、日本的太陽電池一樣位居世界第一，盡管在能源結構中所占比例還很小，但在某些特定領域和地區卻發揮了至關重要的作用。

太陽能資源開發利用的關鍵，是解決高效收集和轉化過程中涉及的能量利用系統形式、能量蓄存和調節、材料研究和選擇等等問題。除傳統的太陽能熱水系統，還有太陽能干燥、太陽能溫室、太陽能照明和太陽能養殖等系統和領域，太陽能開發利用是建筑能源的一個重要方面，也是國防科技以及未來電力有很大潛力的領域。從能源戰略發展角度講，太陽能轉換利用的研究能為解決能源供應可持續發展問題做出貢獻，有利于減少化石能源引起的環境污染及全球性溫室效應，是實現能源結構多元化，構成可持續能源系統的關鍵之一。

根據可持續發展戰略，太陽能的熱利用在替代高含碳燃料的能源生產和終端利用中大有用武之地;其主要領域是太陽能熱發電(能源產出)和建筑用能(終端直接用能)，包括采暖、空調和熱水(約占總能耗的25%~35%)。下面主要介紹太陽能熱應用的幾個重要方面。