Sonne ist Energie. Wie weitreichend die Gültigkeit dieser Aussage ist, wird deutlich, wenn man bedenkt, dass die meisten derzeit genutzten Energieträger auf die Sonnenenergie zurückzuführen sind. Nennenswerte Ausnahmen bilden lediglich die Atomkraft, die Gezeitenkräfte sowie die durch den heißen Erdkern bedingte Erdwärme (Geothermie).

Technologien zur direkten Umwandlung der Solarstrahlung in Strom oder Wärme sind durch die Photovoltaik, die Solarthermie sowie durch einige passive Nutzungsmöglichkeiten gegeben.

Auch die Windkraft hat ihren Ursprung indirekt in der Sonnenenergie, deren Einwirkung in der Atmosphäre Druckunterschiede verursacht, die Luftströmungen, den Wind, hervorrufen.
Ohne den durch die Sonne angetriebenen Kreislauf des Wassers gäbe es keine Fließgewässer, welche die Voraussetzung zur Nutzung der Wasserkraft sind. 

In der Erdoberfläche gespeicherte Sonnenwärme kann mit der Wärmepumpe nutzbar gemacht werden.
Auch für das Pflanzenwachstum auf der Erde ist das Sonnenlicht eine primäre Voraussetzung. Die Nutzung der Biomasse zur Wärme- oder Stromgewinnung ist also ebenfalls eine indirekte Form der Sonnenenergienutzung.
Selbst die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas, die sich über Jahrmillionen aus prähistorischen Pflanzenbeständen gebildet haben, sind damit letztlich nichts anderes als in chemischer Form gespeicherte Sonnenenergie.

Aber was genau ist Solarstrahlung? Zunächst einmal ein Ergebnis der gewaltigen atomaren Reaktionen, die im Inneren der Sonne ablaufen. Hier verschmelzen Wasserstoffatome zu Heliumatomen in einem Prozess, der als Kernfusion bekannt ist. Dabei werden sehr große Energiemengen in Form von extrem kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung freigesetzt. Die abgestrahlten Wellenlängen umfassen einen Bereich, den der Mensch als Wärme und Licht wahrnehmen kann.

Obwohl nur etwa zwei Millionstel der gesamten Sonnenstrahlung auf der Erde auftreffen, entspricht dies einer Energiemenge von 10¹⁸ Kilowattstunden pro Jahr und damit dem 10.000-fachen des weltweiten Jahresenergiebedarfs der Menschheit. 
Die eingestrahlte Energiemenge ist regional unterschiedlich verteilt. Für Deutschland ergeben sich jährliche Einstrahlungsenergien zwischen 900 und 1.200 kWh pro Quadratmeter. In Südeuropa werden ca. 1.700 kWh/m² erreicht, am Äquator etwa 2.200 kWh/m². Für die Region Ilm-Kreis/Erfurt kann von jährlichen Einstrahlungsenergien zwischen 975 und 1.000 kWh/m² ausgegangen werden. An einem sonnigen Tag kann die Sonnenstrahlung hier eine Intensität von etwa 1.000 W/m² erreichen.

Die Solarstrahlung setzt sich zusammen aus einem auf direktem Weg eingestrahlten Anteil und einem diffusen Anteil. Die Direktstrahlung ist annähernd parallel gerichtet und führt zu scharf abgegrenzten Schattenwürfen von Gegenständen. Der diffuse Anteil ist ungerichtet und entsteht durch Streuung und Reflexion der Sonnenstrahlen in der Luft, an Wolken sowie an der Erdoberfläche. Die intensivere Direktstrahlung überwiegt an klaren, heiteren Tagen, bleibt aber bei bedecktem Himmel oder Nebel vollständig aus. Die gesamte Einstrahlung ist dann diffus. In Deutschland teilt sich die jährliche Strahlungsenergie ungefähr zu gleichen Teilen in direkt und diffus eingestrahlten Anteil auf.

Solaranlagen können sowohl den direkten als auch den diffusen Strahlungsanteil nutzen. Man ist jedoch bestrebt, mit der Anlage einen möglichst hohen Anteil der Direktstrahlung einzufangen, da sich dadurch die Energieausbeute erhöht. Dies erreicht man durch eine optimale Neigung und Ausrichtung der Kollektor- oder Solarmodulflächen. Die maximale Strahlungsintensität auf die Fläche wird erreicht, wenn die Sonnenstrahlen genau senkrecht auftreffen. Eine gute, aber auch aufwendige und teure Methode zur Einstrahlungsmaximierung ist daher ein Nachführsystem, welches Ausrichtung und Neigungswinkel der Solarfläche stets dem Sonnenstand anpasst. Dies kommt jedoch oft aus Kostengründen nicht infrage. In der Regel werden die Flächen fest installiert. Bei der Aufstellung sollten dann Neigung und Ausrichtung so gewählt werden, dass sich über das Jahr gemittelt ein Maximum der Einstrahlung ergibt. Dieses Optimum lässt sich berechnen und liegt für einen mitteleuropäischen Standort bei reiner Südausrichtung der Fläche und einem Neigungswinkel von etwa 30°. Nennenswerte Abweichungen von diesen Werten führen zu einer ebenfalls berechenbaren Verringerung der eingestrahlten Energie, wie es im Diagramm dargestellt ist.