海洋温差能主要用于发电，温差能发电原理：首先利用表层海水蒸发工质（工质——实现热能和机械能相互转化的媒介物质，如氨、丙烷或氟利昂），使其汽化（汽化——物质从液相变为气相的过程）推动汽轮发电机发电，然后利用深层冷海水冷却工质成液态，再反复使用。海水温差发电涉及到机械、热能、流体等多个交叉学科，因此也存在着包括热交换器、冷却管、汽轮机及海洋工程技术在内的一系列有待解决的难题。海洋温差发电主要采用开式和闭式以及综合两者优点的混合式循环三种方式。
开式循环系统表层温海水在闪蒸蒸发器中由于闪蒸（闪蒸——高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水）而产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功后再流入凝汽器。来自深层的冷海水作为凝汽器的冷却介质。由于水蒸气是在负压下工作，所以必须配置真空泵。这种系统简单，还可兼制淡水；但设备和管道体积庞大，真空泵及抽水水泵耗功较多，影响发电效率。
闭式循环发电系统，又称中间介质法，该系统主要由真空泵、冷水泵、温水泵、冷凝器、蒸发器、工质泵、涡轮机-发电机组等部分组成。该系统不以海水而采用一些低沸点的物质作为工作介质，在闭合回路内丙烷、氨等低沸点工质反复进行蒸发、膨胀、冷凝。因为系统使用低沸点的工作介质，蒸汽的工作效率得到提高。
混合循环系统基本与闭式循环发电系统相同，但用温海水蒸发出来的低压蒸气来加热低沸点工质，这样做的好处在于减少了蒸发器的体积，可节省材料，便于维护。
