Nhà máy nhiệt điện là một trong những loại hình nhà máy sản xuất điện phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện dựa vào việc chuyển hóa năng lượng từ nhiên liệu—thường là than đá, dầu hoặc khí tự nhiên—thành nhiệt năng thông qua quá trình đốt cháy. Nhiệt năng này được dùng để đun nóng nước, tạo ra hơi nước với áp suất cao, sau đó dẫn động tuabin hơi và tạo ra điện năng thông qua máy phát điện. Quá trình này bao gồm rất nhiều giai đoạn như cung cấp nhiên liệu, xử lý nước, vận hành lò hơi, kiểm soát hệ thống tuabin và giám sát phát điện trên toàn bộ hệ thống. Do sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch nên nhà máy nhiệt điện không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng mà còn gây ra các vấn đề về môi trường bởi lượng khí thải như CO₂, SO₂, NOₓ phát sinh trong quá trình cháy.

Bên cạnh ý nghĩa to lớn trong phát triển kinh tế, nhà máy nhiệt điện cũng đặt ra nhiều thách thức liên quan đến bảo vệ môi trường và tối ưu hóa hiệu suất vận hành. Để giảm thiểu tác động môi trường, các nhà máy hiện đại đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến như hệ thống lọc bụi tĩnh điện, hấp thụ khí thải bằng dung dịch hóa học, tái sử dụng lượng nhiệt dư hay đầu tư vào các giải pháp quản lý chất thải rắn và lỏng. Ngoài ra, xu hướng chuyển đổi sang sử dụng năng lượng sạch hoặc kết hợp giữa nhiệt điện và các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió đang được nghiên cứu và thử nghiệm nhằm từng bước giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, với đặc thù sản lượng lớn, ổn định, nhà máy nhiệt điện vẫn giữ vị trí không thể thay thế trong hệ thống cung cấp điện quốc gia.