海洋温差发电是利用热交换的原理来发电。首先需要抽取温度较高的海洋表层水，将热交换器里面沸点很低的工作流体（working fluid，如氨、氟利昂等）蒸发气化，然后推动涡轮发电机而发出电力；再把它导入另外一个热交换器，利用深层海水的冷度，将它冷凝而回归液态，这样就完成了一个循环。周而复始的工作。
在热交换技术平台，目前有封闭式循环系统、开放式循环系统、混合式循环系统等，其中以封闭式循环系统技术较成熟。而在地点的设置上，则有岸基式、离岸式差别。
随着海水深度的变化，表层海水受到阳光照射，吸收能量而温度较高；而在海平面200米以下，阳光几乎无法到达，因此温度较低。海水深度越深，其温度也就越低。海水温差发电时，需抽取表层温度较高的海水，使热交换机内的低沸点液体〈例如氨〉沸腾为蒸气，然后推动发电机发电，再将其导入另一热交换机，使用深层海水将其冷却，如此完成一个循环。
将表层海水引入真空状态的蒸发槽中，因低压下水的沸点极低而沸腾为水蒸气，再引至凝结槽，以深层海水使之凝结为水。此过程中会在蒸发槽与凝结槽之间因压力差因而形成蒸汽流，在其间加上涡轮机即可发电。另外，使用开放式循环系统发电会在凝结槽中形成淡水，可供使用。排出的淡水，这是它的有利之处。
开始时类似开放式循环，将温暖的海面水引进真空容器使其闪蒸成蒸气，蒸气再进入氨的蒸发器（vaporizer），使工作流体（氨）气化来转动涡轮机发电，如同封闭式循环一般，因此混合式循环兼具开放式循环与封闭式循环两者的特性。
建置深海水管，将深层海水取至岸边发电厂，此过程容易使冷水管之温度上升，从而使发电效率更低，另外深海抽水管的建置难度较高。
发电厂建置在海上作业平台上，将深层海水抽取至作业平台，温水与冷水的交换在海上作业平台上完成发电，再由电缆供电至岸边。离岸式海上作业平台类似钻油平台，因此水下作业需要锚固深海海底及锚定电缆。其优点是发电效率相对较高，可降低发电成本。
取得深层低温海水并不需要计算从深海抽取的电力，而是利用连通管原理让深层海水自动补充到海面高度，因此海洋温差发电厂只是将水排出电厂，而非从深海抽取，因此在计算取水的能量损耗，是计算海水与排水管的摩擦力损耗。
??不消耗任何燃料
??无废料
??不会制造空气污染、水污染、噪音污染
??整个发电过程几乎不排放任何温室气体，例如二氧化碳
??全年且一天中所有时间段皆可发电，十分稳定
??副产品是淡水，可供使用
资金庞大
发电成本高
深海冷水管路施工风险高
影响周遭海域生物的生存权
通常海水表面温度约在摄氏20余度，为了有足够的温差进行发电，通常冷水管〈也就是引深层海水的那条管子〉深度要达到海平面下1,000米深。在北回归线地区表面海水温度约23至28度，1,000米深处温度仅约4度。例如台湾东部海底地形陡峭，离海岸不远处海水深度即达1,000米（某些地点在离海岸3到4公里处即达1,000米），因此适合此发电法。
岸基式海水温差发电法中最为关键的技术就是冷水管，首先，它必须深入海平面下约1,000米的深处，第二，它的管径必须够大，才能引入较多海水确保发电效率。离岸式海水温差发电法，则较无深海抽水问题，但需要锚定海上作业平台与海底电缆。
??可再生能源主题
??热机
??海水温差发电法（英文）
??海洋能
??潮汐能
