A napenergia összegyűjtésének és átalakításának egy közvetett módja lenne az óceánok hőmérséklet különbségeinek a kihasználása. A Karib-tengeren például a felszíni vízhőmérséklet 25 ºC körüli, míg néhány száz méter mélyen csak 10 ºC-os a víz. A hőtan második főtétele tiltja az óceánok vizének lehűtését úgy, hogy a víz energiáját teljesen mechanikai munkává alakítanánk, de nem tiltja egy hőerőgép működését ezen két hőmérséklet között. Bár az ideális esetben elérhető hatásfok maximuma is csak 5 %, azonban hatalmas energiakészlet lenne elérhető. Az ilyen erőművek megépítésének technikai feltételei még hiányoznak.

A fejlett országokban az 1970-es években, az olajválság idején, az energiahiány veszélye mutatkozott. Ekkor megkezdődött az energiaátalakítás új útjainak a kutatása, ami sajnos mára már sok országban alábbhagyott, de nem mindenhol. India például a 90-es évek végére 15 000 MW teljesítménnyel fog elektromos energiát termelni az előzőkben leírt nem-hagyományos módszerekkel és további 30 000 MW teljesítményt létrehozni atomenergiával! (Összehasonlításul érdemes megemlíteni, hogy a paksi atomerőmű négy blokkjának együttes teljesítménye 1760 MW.) Ha a jövőben kimerülnek az elérhető fosszilis (szén, olaj, földgáz, stb.) tüzelőanyag források, bizonyosak lehetünk abban, hogy sokkal erőteljesebb lesz az alternatív energiaforrások kutatása. A termodinamika törvényei központi szerepet fognak játszani ebben a kutatásban.

A világ elektromos energiájának hozzávetőlegesen a felét széntüzelésű, gőzturbinákkal működő hőerőművekben állítják elő. A modern gőztermelő kazánok a szén égéshőjének 80-90%-át képesek a gőz energiájává alakítani. A gőzturbinák elméleti maximális hatásfoka 0,55 körüli érték, a valóságos hatásfok ennek legfeljebb 90 %-a, tehát nagyjából 0,5. A mechanikai energiának elektromos energiává alakítását a nagyteljesítményű generátorok igen magas, jellemzően 99%-os hatásfokkal végzik el. A hőerőmű teljes hatásfoka ezek szorzataként számítható ki: (0,85)(0,5)(0,99), ami durván 40%-os hatásfokot jelent. A nagyobb méretű hőerőművek teljesítménye 1 gigawatt (1000 MW) körüli, amihez naponta (a szén minőségétől függően) jellemzően tízezer tonna szenet kell elégetniük. Ezt mindennap egy ötszáz vagonból álló vonatszerelvény tudná odaszállítani.

Az 1990-es évben a világ elektromos energiájának 16%-át állították elő atomerőművekben (Magyarországon közel 50%-át, az Egyesült Államokban 19%-át). A magas építési költségek, a biztonság kérdései, a radioaktív hulladék elhelyezésének problémája és ezek hatására a társadalomban kialakult kritikák miatt az utóbbi időben világszerte lelassult az atomerőművek építésének üteme. Azonban a környezeti ártalmak miatt a széntüzelésű hőerőművek ellen is felerősödtek az ellenérzések a társadalomban. A hőerőművek füstjének egészségkárosító hatása nagymértékű és többszörösen bizonyított, továbbá félő, hogy a szén elégetése az üvegházhatás erősítése miatt világméretű felmelegedést, sok országban elsivatagosodást okoz. Ezért nagyon fontos, hogy energiaforrásainkat úgy fejlesszük, hogy minél kisebbre csökkentsük a kockázati tényezőket az emberi életre és egészségre. Emiatt az atomerőművek mint a jövő lehetséges energiaforrásai továbbra is a figyelem előterében vannak, illetve kellene, hogy legyenek.

A napenergia egy kínálkozó lehetőség. A Nap sugárzásának a Föld légkörét elérő teljesítménye körülbelül 1,4 . Ha nincsenek felhők az égen, akkor ebből maximálisan a Föld felszínére nagyjából 1,0 jut el, ha viszont 24 órás időátlagot számítunk, akkor a felszínt elérő átlagos napsugárzás intenzitása: 0,2 . Ezt a sugárzást összegyűjthetjük és házak melegvízellátására használhatjuk.

Manapság már arra is van lehetőség, hogy fényelemek segítségével a napfényt közvetlenül elektromos energiává alakítsuk. A fényelemek (más néven napelemek) félvezető, legtöbbször szilícium alapú eszközök, többrétegű félvezető fotocellák, melyek nem tekinthetők a szokásos értelemben hőerőgépeknek. Azonban a fotocellák hatásfokát is alapvető fizikai törvények korlátozzák, a mai eszközökkel 50%-os hatásfok érhető el. A magas előállítási költségek miatt a napelemek által termelt energia körülbelül ötször drágább a széntüzelésű gőzturbinás erőművek energiájánál. Ez egyáltalán nem magas ár, ha a zsebtelepekben tárolt energiával hasonlítjuk össze az árat, mert azokban ötszázszor drágább az energia, mint a hálózatból nyert elektromos energia. Ilyen nagy árat kell fizetnünk azért, ha az energiát zsebre akarjuk vágni.

A fényelemeknek másféle áramforrásokhoz képest számos előnyük is van, például nincs hangjuk, nincs bennük mozgó alkatrész, könnyen csatlakoztathatók, nem okoznak környezetszennyezést. Az előállítási költségek a későbbi technológiai fejlődés miatt valószínűleg csökkenni fognak, feltehető, hogy a napelemek előtt fényes jövő áll.

A szélenergiát, amely végső soron a Napból származik, szintén lehetséges elektromos energia termelésére használni. Az Egyesült Államok szélgépeinek 85%-a Kaliforniában van (17 ezer szélturbina), mert ott az állam anyagilag támogatja telepítésüket. A mai szélgépekkel termelt energia ára alig magasabb, mint a hálózati áramé, bár a beruházási költségek a szélgépek esetén is igen magasak.

A biomassza egy lehetőség a napenergia felhasználására. A növények elnyelik a napfényt és tárolják az energiáját. Az energia hozzáférhetővé válik, ha elégetjük a növényi anyagot, vagy kémiai eljárásokkal, fermentálással és desztillációval alkoholt állítunk elő, amely üzemanyagként vagy üzemanyag adalékként használható. Egyelőre ennek ára még jóval magasabb a kőolajtermékek áránál. A biomassza egyik fontos jellemzője, hogy a növények kifejlődésükkor annyi széndioxidot nyelnek el a légkörből, amennyi elégetésükkor felszabadul, így nincs járulékuk az üvegházhatáshoz.