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海洋中蘊藏著豐富的太陽熱能。太陽每年供應給海洋的熱能大約有６０多功能萬億千瓦時，這樣龐大的能量，除了一部分轉變為海流的動能和水氣的循環外，都直接以熱能的形式儲存在海水中， 主要表現為海水表層和深層直接的溫差。通常情況下，海水表層的溫度可達２５－２８℃ ，而海平面以下５００米的深處水溫大約只有４－７℃，兩者相差２０℃左右，熱帶海洋的溫差更為明顯.
在赤道地區，接近海面的表面海水溫度在太陽照射下高達近30攝氏度，而水深數百米的深層海水溫度是5~10度。海洋溫差發電就是利用這一溫差進行的。據佐賀大學海洋能源研究中心介紹，位于北緯40度——南緯40度的100個國家和地區都可以進行海洋溫差發電.
火力發電和原子能發電是以熱能使水沸騰，利用蒸汽帶動渦輪機，然后發電。作為帶動渦輪機的蒸汽。海洋溫差發電是利用氨和水的混合液。與水的100度相比，氨水的沸點是33度，容易沸騰。
借助表面海水的熱量，利用蒸發器使水沸騰，用氨蒸汽帶動渦輪機。氨蒸汽會被深層海水冷卻，重新變成液體。在這一往返過程中，可以依次將海水的溫差變成電力。
海洋溫差發電的原理是19世紀后半期由法國人想出來的。日本人上原從1973年開始進行研究。為了高效地將海水熱量偉給氨，他開發了電容器板熱交換裝置，安裝在凝結器和蒸發器上。結果，他確立了海洋溫差發電中最高度的“上原循環”系統。
上原解釋說：“由于燃料是海水，燃料費等于零。如果能夠提高系統效率、降低成本，就可以投入實用。”
上原等研究人員將表面海水放入特殊的真空容器里，使它迅速蒸發，然后用深層海水進行冷卻，成功地使之變成了淡水。據測算，印度1000千瓦的海洋溫差發電設備一天可生產1.6萬瓶淡水。
海洋溫差發電的能源變換效率是3%~5%，比火力發電的40%低得多。但如果一臺發電設備的輸出功率達不到1萬千瓦的規模，每千瓦小時的發電成本就難以控制在可與其他發電方式競爭的10日元以下。
然而,美國工程師設計的一個16萬千瓦的海洋溫差發電裝置，全長450米，自重23．5萬噸，排水量達30萬噸。由于海洋能密度比較小，并且能源變換效率是3%~5%,很低.所以要得到比較大的功率，海洋能發電裝置要造得很龐大。而且還要有眾多的發電裝置，排列成陣，形成面積廣大的采能場，才能獲得足夠的電力。這是海洋能利用的共同特點。
由于海洋溫差能開發利用的巨大潛力，海洋溫差發電受到各國普遍重視。目前，日本、法國、比利時等國已經建成了一些海洋溫差能電站，功率從100千瓦至5000干瓦不等。上萬干瓦的溫差電站也在建設之中。
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