利用表层与深层海水温差，让表层温水通过低压或真空锅炉，使内盛的工作物质变成蒸汽，推动汽轮机，带动发电机发电的过程。有开式循环和闭式循环两种，其中后者所用工作物质有低沸点丙烷、氨和四氟甲烷。借助表层海水使工作物质沸腾，而后用深层海水使它凝结，以便循环使用。按海水温差发电机组的安装方式分，有全潜式、半潜式和浮动式三种。估计地球上海水温差能可用功率达10¹⁰千瓦数量级。