Як паливо використовується екологічно чисте паливо. природний газ. На ТЕЦ газ надходить газопроводом у паровий котел. У казані газ згоряє та нагріває воду.
Як паливо широко використовуються різні горючі копалини: вугілля, природний газ (пропан, метан), рідше – мазут, водень, біогаз, сланцевий газ, нафта, бензин, дизельне паливо, спирт відходи, торф, горючі сланці, дрова.
Теплова електростанція виробляє електричну потужність шляхом перетворення хімічної енергії палива через теплову енергію згоряння в механічну енергію обертання валу електрогенератора за схемою: ХІМІЧНА – ТЕПЛОВА – МЕХАНІЧНА – ЕЛЕКТРИЧНА.
Теплова енергія зазвичай надходить від спалювання палива, але існують і ТЕС, які працюють на геотермальних джерелах та сонячній енергії. Основними джерелами палива для ТЕС є кам'яне вугілля, буре вугілля, мазут, природний газ, біомаса, біогаз, а також промислові або комунальні відходи.