Bei der Solarthermie nutzen Sonnenkollektoren neben der Solarstrahlung auch das Prinzip des "Treibhaus-Effektes". Dieser Effekt entsteht dadurch, daß Glas für kurzwellige Strahlung (eingestrahltes Licht) durchlässig ist, kaum jedoch für langwellige Strahlung (reflektiertes Licht, Wärmestrahlung). Eine Aufkonzentrierung von Wärme wird somit möglich.
Zentraler Bestandteil eines Sonnenkollektors ist der Absorber, welcher die eingestrahlte Lichtenergie aufnimmt und sich erwärmt. Der Absorber gibt seine Wärme über ein Transportmedium an den Wärmeverbraucher ab. Wegen der günstigen Absorptionseigenschaften von dunkler Farbe werden meist schwarze Absorber aus Kupfer oder Aluminium eingesetzt, häufig mit Spezialbeschichtungen aus Schwarzchrom, Schwarznickel, mit Nickel pigmentiertem Aluminiumoxid oder Titan-Nitrid-Oxid. Neben Kissenabsorbern sind auch röhrenförmige Absorber verbreitet.

Sonnenkollektoren lassen sich nach verschiedenen Kriterien in Bautypen einteilen. Nach der Art der Umwälzung des Transportmediums unterscheidet man eine Schwerkraftumwälzung und eine Zwangsumwälzung (Pumpe), nach der Trennung der Medien ein offenes System (ohne Wärmetauscher mit Wasser als direkt genutztem Medium) und ein geschlossenes System (mit Wärmetauscher und Frostsicherung) und nach der Kollektorform eine Reihe weiterer Typen. Gebräuchlich sind Flachkollektoren, Röhrenkollektoren (häufig mit Trennung von Wärmeerzeugungsrohr und Wärmetransportmedium durch Wärmetauscher) sowie Vakuumkollektoren (Reduktion von Konvektionsverlusten). Konzentrierende Kollektoren mit Spiegeln oder Linsen spielen vor allem bei solarthermischen Kraftwerken eine Rolle.