太陽能的利用目前還不是很普及，利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題，但是太陽能電池在為人造衛星提供能源方面得到了應用。
人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地熱能資源除外），雖然太陽能資源總量相當于人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。
太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染。為人類創造了一種新的生活形態，使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。
建設太空太陽能發電站的設想早在1968年就有人提出，但直到最近人類才開始真正將之付諸行動。日本可謂此項目的先驅者之一，該項目預計耗資210億美金，發電量能達到十億瓦特，能供29.4萬個家庭使用。在太空建太陽能發電站，無論氣候如何，均可利用太陽能發電，這與在地球上建立太陽能發電站的情況不同。
光熱利用
它的基本原理是將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器、陶瓷太陽能集熱器和聚焦集熱器（槽式、碟式和塔式）等4種。通常根據所能達到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用（<200℃）、中溫利用（200～800℃）和高溫利用（>800℃）。目 前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽能采暖（太陽房）、太陽能溫室、太陽能空調制冷系統等，中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽爐等。
發電利用
清立新能源未來太陽能的大規模利用是用來發電。利用太陽能發電的方式有多種。已實用的主要有以下兩種。
1、光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然后由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換，后一過程為熱—電轉換。
2、光—電轉換。其基本原理是利用光生伏特效應將太陽輻射能直接轉換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。
太陽能電池
【材料要求】耐紫外光線的輻射，透光率不下降。鋼化玻璃作成的組件可以承受直徑25毫米的冰球以23米/秒的速度撞擊。
【裝用的EVA膠膜固化后的性能要求】透光率大于90%；交聯度大于65-85%；剝離強度（N/cm），玻璃/膠膜大于30；TPT/膠膜大于15；耐溫性：高溫85℃、低溫－40℃；太陽電池的背面，耐老化、耐腐蝕、耐紫外線輻射、不透氣等。
【用途】太陽能發電廣泛用于太陽能路燈、太陽能殺蟲燈、太陽能便攜式系統，太陽能移動電源，太陽能應用產品，通訊電源，太陽能燈具，太陽能建筑等領域。
太陽能在2050年前可能將成為電力的主要來源，受助于發電設備成本大跌。IEA報告表示，2050年前太陽能光伏(PV)系統將最多為全球貢獻16%的電力，來自太陽能發電廠的太陽能熱力發電(STE)將提供11%的電力。
光化利用
這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。它包括光合作用、光電化學作用、光敏化學作用及光分解反應。
光化轉換就是因吸收光輻射導致化學反應而轉換為化學能的過程。其基本形式有植物的光合作用和利用物質化學變化貯存太陽能的光化反應。
植物靠葉綠素把光能轉化成化學能，實現自身的生長與繁衍，若能揭示光化轉換的奧秘，便可實現人造葉綠素發電。太陽能光化轉換正在積極探索、研究中。
通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。巨型海藻。
燃油利用
歐盟從2011年6月開始，利用太陽光線提供的高溫能量，以水和二氧化碳作為原材料，致力于“太陽能”燃油的研制生產。截止目前，研發團隊已在世界上首次成功實現實驗室規模的可再生燃油全過程生產，其產品完全符合歐盟的飛機和汽車燃油標準，無需對飛機和汽車發動機進行任何調整改動。 [5]
研制設計的“太陽能”燃油原型機，主要由兩大技術部分組成：第一部分利用集中式太陽光線聚集產生的高溫能量，輔之ETH Zürich 自主知識產權的金屬氧化物材料添加劑，在自行設計開發的太陽能高溫反應器內將水和二氧化碳轉化成合成氣（Syngas），合成氣的主要成分為氫氣和一氧化碳；第二部分根據費-托原理（Fischer-Tropsch Principe），將余熱的高溫合成氣轉化成可商業化應用于市場的“太陽能”燃油成品。