Existem diversos modelos de plantas que podem variar muito o funcionamento de acordo com o projeto. Resumidamente, são empregados dois tipos de planta básica de uma termelétrica: ciclo simples e combinado.
No ciclo simples, a tecnologia empregada é muito similar a uma turbina de um avião civil ou militar. A unidade é composta por um sistema de arranque, compressor, a câmara de combustão e câmara de exaustão e a unidade geradora.
Durante a explosão da mistura ar/combustível dentro da câmara de combustão somente uma pequena parte da energia térmica liberada era empregada para movimentar as pás da turbina. Assim, de cada 1L de combustível utilizado, apenas 34% produz trabalho (movimento da turbina), enquanto que a maior parte (66%) é perdido em dissipação térmica para o ambiente. Imagine se essa energia dissipada pudesse ser usada para aquecer uma caldeira, por exemplo? A pressão do vapor gerado poderia mover uma turbina. Então, a energia que antes era perdida, agora e utilizada. Este é o princípio básico do ciclo combinado. O calor de um sistema de turbina a gás é usado para movimentar um sistema de turbina a vapor.
As plantas em ciclo combinado representam a integração dos dois ciclos: Rankine da turbina a vapor e Brayton da turbina a gás.