Las centrales fotovoltaicas producen electricidad sin necesidad de turbinas ni generadores, utilizando la propiedad que tienen ciertos materiales de generar una corriente de electrones cuando incide sobre ellos una corriente de fotones.

La clave del funcionamiento de las células fotovoltaicas está en la disposición en forma de sandwich de materiales dopados de diferente forma, de manera que unos tengan exceso de electrones y otros, por el contrario, "huecos" con déficit de electrones. Los fotones de la luz solar portan una energía que arranca los electrones sobrantes de una capa y los hace moverse en dirección a los "huecos" de la otra capa.

El resultado es la creación de flujo de electrones excitados, y por lo tanto, un voltaje eléctrico. Este voltaje conseguido es muy pequeño: por ejemplo, una iluminación con una potencia de 1 kW por metro cuadrado genera apenas un voltaje de 0,5 voltios.

La solución consiste en conectar en serie gran número de células: en el ejemplo anterior, conectando 36 células obtendremos una tensión de 18 voltios. Conectando gran número de células, podremos alcanzar el voltaje que deseemos.

En la práctica, muchas instalaciones fotovoltaicas son pequeñas y se usan para propósitos específicos: por ejemplo, para apoyar el suministro eléctrico de una casa, o para señalizaciones de carretera. Pero también existen algunas grandes instalaciones más o menos experimentales.

En España, la central fotovoltaica de Toledo tiene una potencia de 1 MW: 1000 veces menos que una gran central térmica, pero es una muestra de cómo está avanzando el uso de la energía fotovoltaica comercial.

Numerosos laboratorios en todo el mundo trabajan para conseguir células capaces de convertir la luz del sol en electricidad con el mayor rendimiento posible. A medida que el rendimiento aumenta y la fabricación de las células se abarata, la electricidad fotovoltaica se hará cada vez más competitiva en comparación con las otras maneras de producir electricidad.