השמש מאירה את פני כדור הארץ בשעות היום, ואינה מאירה בלילה. אחד היישומים המיידיים של איחסון אנרגיית השמש, הוא אגירת האנרגיה במשך היום לצורך ניצולה בשעות הלילה. שיטה זו מתאימה במיוחד לשם חימום בניינים.

השיטה הפשוטה ביותר לאיחסון אנרגיית השמש, היא לחמם כמות גדולה של חומר.

אחד החומרים הנוחים ביותר לשימוש הוא מים, המתאימים במיוחד עקב קיבול החום הגבוה שלהם (כמות האנרגיה שיחידת נפח אחת של מים יכולה לאחסן). מים גם נוחים לשימוש עקב היותם נוזל בו משתמשים, לא רעיל, לא יקר, וניתן להזרמה בקלות.

קיימות שיטות נוספות שונות בהן ניתן לאחסן את האנרגיה המופקת מקרינת השמש:

• ייצור מימן ממים – הפיכת האנרגיה התרמית מהשמש לחשמל, המשמש לאלקטרוליזה של מים, ולייצור מימן.
• איחסון אנרגיה חשמלית בסוללות נטענות (מצברים) –
• הפעלת משאבות, המעלות מים אל מקום גבוה (מאחורי סכר מים). ברגע שזקוקים לחשמל, מנצלים את המים היורדים עקב פעולת הגרביטציה, להפעלת גנרטורים המייצרים חשמל.
• שינוי מצב הצבירה של חומרים – כמות גדולה של אנרגיה כרוכה בשינוי מצב הצבירה של חומר ממוצק לנוזל, או מנוזל לגז.
  לדוגמא: כמות האנרגיה הנדרשת להפוך מים ב 1000 לקיטור ב 1000, גדולה פי 5 מכמות האנרגיה הדרושה להעלות את הטמפרטורה של אותה כמות מים מ 00 עד 1000.
  מציאת חומרים כימיים המשנים פאזה (מצב צבירה) בטמפרטורה המתאימה אליה מגיעים באמצעות אנרגיית השמש, מאפשרת איחסון האנרגיה לשעת הצורך. כאשר רוצים לנצל את האנרגיה, מבצעים את התהליך של שינוי מצב הצבירה למצב ההתחלתי, תוך שחרור האנרגיה.