Todas las fuentes de energía, salvo la geotérmica y la nuclear, proceden, en última instancia del sol, pero lo usual es identificar como energía solar la energía renovable obtenida con el empleo directo de la energía del sol en forma de luz o calor.

Entendemos como energía renovable aquella cuya fuente de obtención se renueva constantemente, frente las energías no renovables que no se renuevan o que tienen unos períodos de renovación muy largos.
La energía que recibe la tierra del sol es enorme, si bien no nos damos cuenta ya que la tenemos como cosa cotidiana. La energía solar recibida por la tierra en un año es unas 10.000 veces superior al consumo total de energía de la humanidad en un año, si bien se registran grandes variaciones, desde menos de 1.500 Kcal por metro cuadrado y día en el norte de Europa a los más de 7.000 en los trópicos.
También existen grandes variaciones diarias (días claros o nublados) o estacionales (verano - invierno)
La fotosíntesis es la utilización más importante de la energía solar, y la única fuente de materia orgánica, alimentos y biomasa. La leña es una consecuencia de la fotosíntesis, y los combustibles fósiles no son más que energía solar almacenada a lo largo de millones de años. Bueno, también son un almacenamiento seguro para el CO2, pero esta es otra cuestión.
La energía de las mareas es consecuencia de la acción combinada del sol y la luna, la hidroeléctrica del ciclo del agua, causado en última instancia por el sol, que es quién provee la energía necesaria para evaporar agua del mar y elevarla a las montañas para que pueda ser aprovechada su fuerza al descender. La energía del viento es proporcionada por el sol al calentar desigualente distintas masas de aire...
El aprovechamiento directo de la energía solar, al tratarse de una forma de energía difusa, variable y poco concentrada, entraña ciertas dificultades, que la tecnología se encarga de solucionar día a día ofreciendo continuamente mejoras. Básicamente hay dos tipos de aprovechamiento de la energía solar, la fotovoltaica, que convierte las radiaciones solares en electricidad, y la térmica, que aprovecha el calor del sol.