海洋温度差発電（OTEC）とは、太陽光で温められた海洋の表層部と深海の冷たい水の温度差を利用して発電するエネルギー変換形態で、従来の熱機関では発電が困難だった。 海域によっては、表層水と下層水の温度差が、垂直距離で50℃にもなることがある。 経済的に実用的であるためには、水面下1,000メートル（約3,300フィート）までの温度差は少なくとも20℃であるべきである。 21世紀の最初の10年間は、この技術はまだ実験的なものと考えられており、今のところ商業的なOTECプラントは建設されていません。
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OTECのコンセプトは、1880年代初頭にフランスのエンジニアJacques-Arsène d’Arsonval によって最初に提案されました。 彼のアイデアは、閉サイクル システムを呼び、その設計は、現在のほとんどの OTEC パイロット プラントに適応されています。 この方式では、アンモニアなどの第二の作動流体（冷媒）を使用します。 海水から熱を奪って、熱交換器で冷媒を気化させる。 その蒸気が適度な圧力で膨張し、発電機に接続されたタービンを回すことで電気を発生させる。 海底から汲み上げられた冷たい海水は、2番目の熱交換器で蒸気を凝縮させるのに十分な冷たさを表面に与える。
一部の研究者は、作動流体として水蒸気を使用し、冷媒を使用しないオープンサイクルの海洋温度差発電システムに注目している。 この種のシステムでは、暖かい表層の海水が真空に近い状態で注入されると、一部が蒸発します。 その蒸気を低圧の蒸気ターボジェネレーターで膨張させ、電力を発生させる。 蒸気の凝縮には冷たい海水を使用し、真空ポンプでシステム内の圧力を適正に保つ。 また、クローズドサイクルとオープンサイクルを組み合わせたハイブリッドシステムも存在する。
1970年代から80年代にかけて、米国、日本、その他の国々は、再生可能なエネルギー源を開発するために、海洋温度差発電システムの実験を開始した。 1979年、アメリカの研究者たちは、実用的な量の電力（約15キロワットの純電力）を発生させることができる最初の海洋温度差発電プラントを稼働させた。 この装置は「ミニOTEC」と呼ばれ、ハワイ沖数キロの米海軍のはしけに設置されたクローズドサイクルシステムである。 1981年から82年にかけては、日本企業によるクローズドサイクルの実験的なOTECプラントが行われた。 これは太平洋の島国ナウルに設置され、35キロワットの純電力を発生させた。 それ以来、研究者たちは熱交換器の改良と、海水によるシステムのハードウェアの腐食を軽減する方法の開発を続けてきた。 1999年、ハワイ州自然エネルギー研究所（NELHA）は、250キロワットの発電所を建設し、テストを行いました。
海洋温度差発電技術の商業的応用の見通しは明るいようで、特に海洋温度差発電所の運転に最も適した条件である熱帯地域の島や発展途上国での応用が期待されます。 熱帯の海水は、1日に約2500億バレルの石油に相当する熱量の日射を吸収すると推定されている。 これだけの熱を海から取り除けば、海の温度は大きく変わりませんが、数千万メガワットの電力を継続的に発電することができます。
クリーンな電力の生産に加え、OTECプロセスはいくつかの有用な副産物も提供します。 地表への冷水の供給は、空調システムや土壌冷却農業（熱帯環境における温帯植物の栽培を可能にする）に利用されてきた。 海水淡水化では、オープンサイクルやハイブリッドプロセスが利用され、海洋深層水中の微量元素を利用することができる。 さらに、電気分解によって水から水素を取り出し、燃料電池に利用することができる。
OTECは比較的高価な技術であり、発電する前に高価なOTECプラントとインフラの建設が必要だからである。 しかし、一度設備が稼動すれば、比較的安価に発電できる可能性がある。 熱帯地方では深海にアクセスできる陸上施設の数が限られているため、陸上施設よりも浮体施設の方が実現可能性が高いかもしれない。 コスト分析はほとんど行われていないが、2005年に行われたある研究では、海洋温度差発電による発電コストは1キロワット時あたり7セントとされている。 これは、ハワイ沖10kmに設置された100メガワットの有機EL発電施設を想定したものだが、化石燃料によるエネルギーコストに匹敵するものである。 (石炭火力発電のコストは1キロワット時あたり4〜8セントとされている）
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