El captador solar térmico está constituido por distintos elementos:

- un acristalamiento que transmite la radiación solar al colector e impide el que el calor salga del colector (es el fenómeno del efecto invernadero)
- un recubrimiento selectivo llamado absorbente que va a recoger la radiación solar y convertirla en calor
- tubos revestidos de cobre en contacto con colector en los cuales circula un fluido termoportador que se recalienta
- un aislamiento en parte inferior para evitar las pérdidas térmicas por esa parte del colector
El captador solar térmico es el encargado de captar la radiación solar y convertir su energía en energía térmica, de manera que se calienta el fluido de trabajo que ellos contienen.

Toda la energía que incide sobre el captador solar no puede ser considerada como energía útil, de manera que al mismo tiempo que se produce el calentamiento del fluido de trabajo, una parte de esta energía se pierde por conducción, convección y radiación, generándose un balance energético entre la energía incidente (en forma de radiación solar) y las pérdidas térmicas, obteniendo como resultado una potencia útil del colector solar.

Estas pérdidas de calor crecen con la temperatura del fluido de trabajo, hasta que llega un momento de equilibrio en el que se cumple que la energía captada es igual a las pérdidas, alcanzándose en ese momento la temperatura de estancamiento del colector. En la mayoría de los colectores esta temperatura de estancamiento o de equilibrio se alcanza a unos 150 - 200 ºC.

Con todo ello y teniendo en cuenta la ecuación de la curva que define el rendimiento de un colector solar se deduce que nos interesa hacer trabajar el colector a la temperatura más baja posible, siempre que ésta sea suficiente para la utilización específica en cada caso.

Los colectores solares son el corazón de cualquier sistema de utilización de la energía solar: absorbe la luz solar y la transforma en calor. Los criterios básicos para seleccionarlo son:

- Productividad energética a la temperatura de trabajo y coste
- Durabilidad y calidad
- Posibilidades de integración arquitectónica
- Fabricación y reciclado no contaminante.

Los sistemas con colectores solares de placa plana son los más utilizados, seguidos por los tubos de vacío. Los colectores de tubos de vacío se distinguen de los colectores planos por sus menores pérdidas térmicas - mayor rendimiento- al encerrarse el absorbente solar en una cápsula de vidrio de la que se extrae el aire y sus mayores posibilidades de integración arquitectónica.

La diferencia de productividad energética entre los diferentes tipos de colectores planos viene dada por las diferencias en las propiedades ópticas de los recubrimientos de sus absorbentes y por las características y espesores de los aislamientos térmicos. Las diferencias en durabilidad y calidad surgen de los materiales empleados y, en especial, de la junta de estanqueidad que une la cubierta de vidrio del colector con el marco y de la resistencia del material de aislamiento térmico al apelmazamiento por las condensaciones internas del colector.

Al igual que ocurre con las calderas, la utilización de colectores más eficientes tiene una influencia mucho más significativa en la productividad anual que la que se puede deducir de la comparación directa de los rendimientos instantáneos ( relación entre el calor extraído del colector en un momento dado y la radiación solar disponible en ese momento). Además, se pueden encontrar reducciones significativas en los costes del resto de los elementos del sistema solar ya que para un mismo aporte solar hacen falta instalar menos m2 de colectores y se puede trabajar a temperaturas mas altas sin repercusión en el rendimiento (bombas, tuberías, almacenamiento, intercambiadores,... más pequeños).

Desde el punto de vista de la integración arquitectónica, una ventaja que tienen los colectores de vacío de absorbente plano es que permiten una mayor flexibilidad de montaje. Así, los tubos de vacío con absorbente plano se pueden instalar en una superficie horizontal o vertical y girar los tubos para que su absorbente esté a la inclinación adecuada.