De energie die in het inwendige van de zon door thermonucleaire processen wordt opgewekt (per seconde 0,19W voor iederen ton zonmassa) wordt vooral door straling naar het oppervlak van de zon getransporteerd. Per seconde straalt de zon 3,9 * 10 26 J energie uit, ofwel aan het oppervlak van de zon gemeten 63 MJ/m2 . Met behulp van zonnecollectoren, zonnecellen en zonne-energiecentrales probeert men deze energie bruikbaar te maken. De totale hoeveelheid stralingsenergie de aarde van de zon ontvangt, bedraagt 1,5 * 1018 kWh per jaar; buiten de aardse atmosfeer zorgt de zon voor een stralingsintensiteit van 1353 W/m2. In Belgie bedraagt het aanbod van zonne-energie per jaar bijna 3600 MJ (1000 kWh) per m2.
Zonnecellen zijn halfgeleidende foto-elementen, die bvb. Bestaan uit een dun galliumarsenidekristal (GaAs) of uit monokristallijn silicium met p- en n- geleidende zones. Met behulp van het inwendig foto-elektrisch effect kunnen ze de stralingsenergie van de zon direct in elektrische energie omzetten. Het rendement is relatief groot (tot 18%, de theoretische grens ligt bij ca. 25%, bij zonnepanelen moeten we de tussenruimte en de kaders meerekenen en dan komen we aan ongeveer 13%). Om praktisch bruikbare vermogens te verkrijgen moeten veel van dergelijke cellen achter elkaar geschakeld worden. Vaak worden 20-40 zonnecellen samengevoegd tot modules, waaruit vervolgens een zonnepaneel (met een oppervlakte van meer den 1 m2) wordt gebouwd, dat wordt voorzien van een beschermende glas- of kunststoflaag.
Om te zorgen dat het halfgeleidende materiaal 90% van de opvallende zonnestraling absorbeert, moet het monokristallijne silicium een dikte hebben van ten minste 100 micrometer (0,1 mm). Monokristallijn GaAs heeft daarentegen al bij een laagdikte van 2 micrometer een hoog rendement; bovendien werkt het ook bij hogere temperaturen, zodat lenzen en parabolische spiegels kunnen worden gebruikt om het zonlicht te concentreren. Dunnelaag-zonnecellen bestaan uit een polykristallijne, op een geleidende drager opgedampte halfgeleiderlaag van ca. 10-50 micrometer dikte, met als halfgeleidend materiaal vooral cadmiumsulfide (CdS), cadmiumtelluride (CdTe) en kopersulfide (CuS2). Weliswaar is het rendement van deze cellen geringer dan dat van zonnecellen van monokristallijn silicium (5-8%), maar de verhouding tussen gewicht en vermogen is aanzienlijk beter en ze zijn aanzienlijk goedkoper te fabriceren. Bovendien kunnen voor de drager flexibele materialen worden gebruikt (zoals plastic), waardoor ze geschikt zijn voor de constructie van grote oprolbare zonnepanelen zoals die voor satellieten worden gebruikt.
