ذخیره انرژی حرارتی TES با تکنولوژی‌های متفاوت بسیاری انجام‌شده است. فرآیند ذخیره انرژی اجازه می‌دهد تا انرژی حرارتی اضافی برای مصرف بعدی، ساعت‌ها، روزها یا حتی ماه‌ها در ساختمان‌های تک کاربره، چندکاربره، منطقه، شهر یا حتی ابعاد منطقه‌ای با توجه به نوع تکنولوژی، جمع‌آوری و استفاده شود. به‌عنوان مثال: تقاضای انرژی می‌تواند بین ساعت روز و شب متعادل شود، گرمای تابستان از کلکتورهای خورشیدی را می‌توان برای استفاده در زمستان ذخیره کرد، و سرمای گرفته‌شده از هوای زمستان، می‌تواند برای تهویه در تابستان استفاده شود. واسطه‌های ذخیره شامل: تانک‌های یخ یا آب از کوچک تا بزرگ، بستر زمین که مجهز به مبدل حرارتی در پوسته، سفره‌های آب عمیق بین لایه‌های نفوذپذیر، گودال‌های کم‌عمق پرشده با سنگ‌ریزه و آب، یوتکتیک، مواد تغییر فاز دهنده است.

   منابع دیگر ذخیره انرژی حرارتی شامل گرما یا سرمای تولیدشده توسط پمپ‌های حرارتی در زمان خار از پیک، توان الکتریکی با هزینه کمتر، گرمای حاصل از تولید همزمان (CHP)، گرمای حاصل از انرژی الکتریکی که از تقاضای شبکه بیشتر است و گرمای هدررفته از فرآیندهای صنعتی هستند. ذخیره گرما، هم فصلی و هم کوتاه‌مدت، وسیله مهمی برای تعادل ارزان سهم‌های زیاد تولید برق تجدید پذیر متغیر و یکپارچگی بخش‌های برق و گرما در سیستم‌های انرژی که تقریباً یا تماماً با انرژی تجدید پذیر تغذیه می‌شوند.

ذخیره انرژی خورشیدی

   بیشتر سیستم‌های گرمایش خورشیدی عملی فعال، ذخیره برای چند ساعت تا یک روز کار می‌کنند. بااین‌وجود، تعداد رو به رشدی از تجهیزات که از ذخیره انرژی حرارتی فصلی (STES) استفاده می‌کنند، وجود دارد که امکان ذخیره انرژی خورشیدی در تابستان برای گرمایش در زمستان را فراهم می‌سازد.

   نمک مذاب یک‌راه برای ذخیره گرما در دماهای زیاد است. این روش، یک تکنولوژی تجاری در جریان است که در کنار توان خورشیدی متمرکز برای استفاده بعدی در تولید برق استفاده می‌شود و به توان خورشیدی برای تولید برق اجازه می‌دهد. این نمک‌های مذاب (پتاسیم نیترات، کلسیم نیترات، سدیم نیترات، لیتیوم نیترات و ...) خاصیت جذب و ذخیره انرژی حرارتی که به آب آزاد می‌شود و انتقال انرژی در موقع لزوم را دارد. برای بهبود خواص نمک، می‌بایست با مخلوط یوتکتیک ترکیب شود.