使用される内燃機関はディーゼルエンジンが主流であり、ガスエンジンやガスタービンを使用している発電所もある。
始動性が良く、需要調整が最も容易であることや、小規模需要向けの発電施設を作りやすいことから、佐渡島や沖縄諸島、小笠原諸島など、離島の電源、発電所の非常用電源として設置されている。
コンバインドサイクル発電所.
ガスタービンの排熱で汽力発電も行う、コンバインドサイクル発電の設備をもつ発電所。
系列あたりの出力は大容量でありながら、上記運用方法により効率の低下が少ないという特徴がある。
燃料の種類による分類.
石炭火力発電所.
石炭を燃焼させた後の灰（フライアッシュ）はセメントの原料として外部に売却されるほか、埋立用としても使用される。
石油火力発電所.
主に重油を燃料とする発電所が大半を占める。原油や軽油、灯油を燃料とする発電所も存在する。かつてはナフサも使用されていた。アスファルト・ピッチの利用も進められている。
現在では石油火力発電所の新設が原則として禁止されており（後述）、老朽化した旧式の発電設備が多く効率も悪いため、稼働率低下の一因となっている。
石炭火力と比べ、出力の調整など柔軟な運用に対応しやすいため、ピーク電源及び調整電源として運用されている。
近年の原油高により、他の燃料よりコストがかかるほか、化石燃料の中では最も産出国の事情に左右されやすく安定供給に問題がある。
天然ガス（LNG）火力発電所.