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  海洋溫差發電是利用熱交換的原理來發電。首先需要抽取溫度較高的海洋表層水,將熱交換器裡面沸點很低的工作流體(英語:working fluid,如氨、氟利昂等)蒸發氣化,然後推動渦輪發電機而發出電力;再把它匯入另外一個熱交換器,利用深層海水的冷度,將它冷凝而回歸液態,這樣就完成了一個迴圈。周而復始的工作。  在熱交換技術平臺,目前有封閉式迴圈系統、開放式迴圈系統、混合式迴圈系統等,其中以封閉式迴圈系統技術較成熟。而在地點的設定上,則有岸基式、離岸式差別。

  隨著海水深度的變化,表層海水受到陽光照射,吸收能量而溫度較高;而在海平面200米以下,陽光幾乎無法到達,因此溫度較低。海水深度越深,其溫度也就越低。海水溫差發電時,需抽取表層溫度較高的海水,使熱交換機內的低沸點液體〈例如氨〉沸騰為蒸氣,然後推動發電機發電,再將其匯入另一熱交換機,使用深層海水將其冷卻,如此完成一個迴圈。

  將表層海水引入真空狀態的蒸發槽中,因低壓下水的沸點極低而沸騰為水蒸氣,再引至凝結槽,以深層海水使之凝結為水。此過程中會在蒸發槽與凝結槽之間因壓力差因而形成蒸汽流,在其間加上渦輪機即可發電。另外,使用開放式迴圈系統發電會在凝結槽中形成淡水,可供使用。排出的淡水,這是它的有利之處。

  開始時類似開放式迴圈,將溫暖的海面水引進真空容器使其閃蒸成蒸氣,蒸氣再進入氨的蒸發器(vaporizer),使工作流體(氨)氣化來轉動渦輪機發電,如同封閉式迴圈一般,因此混合式迴圈兼具開放式迴圈與封閉式迴圈兩者的特性。

  建置深海水管,將深層海水取至岸邊發電廠,此過程容易使冷水管之溫度上升,從而使發電效率更低,另外深海抽水管的建置難度較高。

  發電廠建置在海上作業平臺上,將深層海水抽取至作業平臺,溫水與冷水的交換在海上作業平臺上完成發電,再由電纜供電至岸邊。離岸式海上作業平臺類似鑽油平臺,因此水下作業需要錨固深海海底及錨定電纜。其優點是發電效率相對較高,可降低發電成本。

  取得深層低溫海水並不需要計算從深海抽取的電力,而是利用連通管原理讓深層海水自動補充到海面高度,因此海洋溫差發電廠只是將水排出電廠,而非從深海抽取,因此在計算取水的能量損耗,是計算海水與排水管的摩擦力損耗。

  通常海水錶面溫度約在攝氏20餘度,為了有足夠的溫差進行發電,通常冷水管〈也就是引深層海水的那條管子〉深度要達到海平面下1,000米深。在北迴歸線地區表面海水溫度約23至28度,1,000米深處溫度僅約4度。例如臺灣東部海底地形陡峭,離海岸不遠處海水深度即達1,000米(某些地點在離海岸3到4公里處即達1,000米),因此適合此發電法。

  岸基式海水溫差發電法中最為關鍵的技術就是冷水管,首先,它必須深入海平面下約1,000米的深處,第二,它的管徑必須夠大,才能引入較多海水確保發電效率。 離岸式海水溫差發電法,則較無深海抽水問題,但需要錨定海上作業平臺與海底電纜。
海水溫差發電法(英語:Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC)是一種可再生能源,主要是利用表層海水與深層海水的溫度不同來進行發電。