Herzstück einer thermischen Solaranlage ist der Kollektor. Der Flachkollektor ist die am weitesten verbreitete Bauform, er besteht aus einem selektiv beschichteten Absorber, der zur Absorption ("Aufnahme") der einfallenden Sonnenstrahlung und ihrer Umwandlung in Wärme dient. Damit die thermischen Verluste möglichst gering bleiben, ist er in einen wärmegdämmten Kasten, meist aus Glas, eingebettet.

Der Absorber ist mit einer Wärmeträgerflüssigkeit (üblicherweise ein Gemisch aus Wasser und ökologisch unbedenklichem Frostschutzmittel) gefüllt, die zwischen Kollektor und Warmwasserspeicher zirkuliert.

Sobald die Temperatur am Kollektor die Temperatur im Speicher um einige Grad übersteigt, sorgt ein Regler dafür, dass die Solarkreis-Umwälzpumpe eingeschaltet wird und die Wärmeträgerflüssigkeit die im Kollektor aufgenommene Wärme in den Warmwasserspeicher transportiert.
 
Die konventionelle Heizung gewährleistet über den Ladekreis, dass auch dann ausreichend warmes Wasser zur Verfügung steht, wenn die Solaranlage keine oder zu wenig Nutzenergie liefert.