Termal enerji depolama, daha sonra kullanılmak üzere fazla termal enerjiyi depolar. Termal enerji depolama sistemleri, temelde dört ana bileşenden oluşur: ısıyı tutabilen bir depolama materyali; ısı iletim ortamı; ısıyı taşıyacak bir güç kaynağı; ısı kaynağı. Termal enerji depolama teknolojilerinde ısıl enerjinin depolanması ve yeniden kullanımı, malzemenin sıcaklık değişimi (duyulur ısı), faz değişimi (gizli ısı) veya termo-kimyasal reaksiyonları ile gerçekleştirilir. Termal enerji depolama sistemleri, özellikle binalarda, endüstriyel tesislerde, tarımda ve ulaşım sektöründe gerçekleştirilen ısıtma ve soğutma uygulamalarında etkin biçimde kullanılır. Termal enerji depolama sistemlerinin avantajları arasında şunlar sayılabilir: Doğal gaz, kömür ve petrol gibi fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltır. Genel sistem verimliliğini artırır. Enerji birim maliyetinin düşük olduğu zaman dilimlerinde depolanan ısıl enerjinin, yüksek maliyetli saatlerde kullanılmasıyla ekonomik optimizasyon sağlar. Termal enerji depolama sistemlerinin dezavantajları arasında ise gereksinim duyulan depo hacminin büyük olması sayılabilir.