Die Sonne sendet Ihre Energie mittels elektromagnetischer Strahlung zur Erde. Diese Strahlung kann durch Halbleitermaterialien direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden. Ein meist aus Silizium bestehender Halbleiter (Solarzelle), fängt die Photonen des Lichts ein und setzt dadurch Elektronen in Bewegung, die letztendlich einen Stromfluß ergeben.
Somit wird nur ein einziger Umwandlungsschritt benötigt um Licht direkt in elektrischen Strom zu wandeln. Dies stellt einen der herausragenden Vorteile der Photovoltaik dar, da mit Solarzellen völlig ortsungebunden - an jeder Stelle der Welt - Strom erzeugt werden kann.
Eine Solarzelle liefert auch dann noch Strom, wenn nur diffuses Licht auf sie auftrifft. Dies ist beispielsweise bei bewölktem Himmel oder Nebel der Fall. Auch schräg einfallendes Licht kann von der Zelle genutzt werden, so dass keine aufwändige Nachführung, die dem Lauf der Sonne folgt, notwendig ist. Nachführsysteme erhöhen zwar den Ertrag einer Solaranlage, sind jedoch keinesfalls zwingend notwendig um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten.