Паливо доставляють на теплоелектростанції залізничними вагонами. Під час приймання виконують кількісний контроль — паливо подають у вуглерозвантажувальний парк через тензометричні ваги. Паралельно відбирають проби вугілля і виконують контроль якості палива. Після цього вагони з вугіллям подають під вивантаження на вагоноперекидачі або крани-перевантажувачі. У період низьких температур зовнішнього повітря вагони із замерзлим вугіллям попередньо проходять гаражі розморожування змішаного типу. Після вивантаження стрічковими живильниками та конвеєрами паливо подають або в бункери сирого вугілля для подальшого приготування, або на склад для зберігання. У середньому ТЕС здатна щодоби розвантажувати до 200 вагонів із паливом влітку й до 100 вагонів взимку.

Трактом подавання палива вугілля подають у систему пилоприготування котельного відділення ТЕС, де його готують до спалювання — розмелюють і висушують. Ці операції виконують у кулебарабанних млинах: маса металевих куль, які розмелюють вугілля, може сягати 70 тонн, а барабан млина обертається з частотою 18 обертів на хвилину. Продуктивність однієї пилосистеми, яка включає млин, сепаратор, циклон, млиновий вентилятор, систему транспортування та подавання палива, може сягати 50 т/год, залежно від вологості вугілля та навантаження енергоблока. Енергоблок 200 МВт за повного навантаження споживає до 90 тон вугілля на годину, а енергоблок 800 МВт — до 340 тон.
Подрібнене вугілля у вигляді вугільного пилу потоком гарячого повітря через пальники подають до топки котла, де відбувається процес горіння з виділенням тепла.

Енергетичний котел — це величезний парогенератор: висота корпусу котла енергоблока 200 МВт перевищує 40 м, енергоблока 800 МВт — 45 м, а маса металу котла (без каркаса) становить від 1,1 до 1,8 тис. т відповідно. Паропродуктивність котлів становить 640 т/год (200 МВт) і 2 180 т/год (800 МВт).
У процесі горіння за температури ядра факела приблизно 2 000 °C утворюються димові гази, що засвоюють більшу частину тепла. Цей продукт (температурою 1500–1600 °C) взаємодіє з водою, якою заповнені трубки й екрани, що покривають зсередини стіни камери згоряння. У результаті теплообмінних процесів відбувається кипіння води й утворення водяної пари. Це — насичена пара, і вона поки не придатна для використання в турбіні через порівняно невисоку «працездатність». Щоб підвищити її температуру й, отже, продуктивність, її транспортують у пароперегрівач, який обігрівають димовими газами. Тепер це — перегріта пара.

Перегріта пара надходить у турбіну одновальну з проміжним перегрівом пари. Маса циліндрів високого, середнього та низького тиску з роторами турбіни енергоблока 800 МВт сумарно становить 610 т, енергоблока 200 МВт — 334 т.
Народження механічної енергії починається з розширення пари, яка протікає через сопло. Тиск і температура її при цьому знижуються — від початкових високих параметрів перед турбіною (240 ата і 540 °С — блок 800 МВт зі 130 ата і 540°С — блок 200 МВт) до кінцевого тиску в 0,037 ата й температури горловини конденсатора 25–30 °С, а швидкість збільшується. Обсяг пари під час конденсації зменшується у 28 тисяч разів. Таким чином, потенційна енергія пари перетворюється на кінетичну, яка передається зігнутим лопаткам, закріпленим на ободі диска, насадженого на вал. Лопатки разом із диском і валом обертаються з частотою 3000 обертів на хвилину — енергія пари перетворюється на механічну.

Електричний генератор — складна машина, яка об’єднує в собі електричні та магнітні кола. Маса генератора блока 800 МВт сягає 515 тонн, енергоблока 200 МВт — 256 тонн. Генератор і парова турбіна — це єдиний вузол. Через блоковий трансформатор електричний генератор приєднаний до єдиної електроенергетичної системи.
Під час обертання в генераторі виробляється змінний електричний струм: механічна енергія обертання валу турбіни передається валу генератора і врівноважується електромагнітним моментом генератора. Чим вищий крутний момент на валу турбогенератора, тим вищий зустрічний електромагнітний момент і, відповідно, струм обмотки статора генератора, що забезпечує рівновагу електромагнітної системи загалом і рівність частоти обертання валу та магнітного поля генератора. Електрична потужність зумовлена наявністю електромагнітного моменту та залежить від кількості пари, яку подають у турбіну.

Для кожного енергоблока встановлено власний, незалежний блоковий трансформатор із певним класом напруги — 24/330 кВ, 15,75/220 кВ або 15,75/110 кВ. Це обладнання призначене для трансформації електроенергії й отримання параметрів, необхідних для передавання її на великі відстані з прийнятним рівнем втрат: напруга з 15,75–24 кВ піднімається до 220–330 кВ, а іноді й до 750 кВ.
Для забезпечення безперебійного функціонування електростанції в штатному й аварійному режимах передбачені схеми електричних і парових власних потреб ТЕС. Електричні власні потреби забезпечуються від робочих і резервних трансформаторів власних потреб. Керування, захисти й аварійне електроживлення відповідальних приєднань власних потреб 0,4 кВ здійснюється від акумуляторних батарей.

Розподіл енергії між споживачами відбувається через відкриті та закриті розподільчі пристрої за допомогою електричних апаратів. На електростанціях експлуатують ВРП і ЗРП класом напруги 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ і 330 кВ, з’єднані між собою автотрансформаторами. Видавання потужності здійснюється високовольтними лініями ПЛ 330 кВ, ПЛ 220 кВ, ПЛ 110 кВ і ПЛ 35 кВ: чим більша відстань, на яку необхідно передати електричну енергію, тим вищий клас напруги. Складні розгалужені електричні мережі забезпечують зручність і надійність розподілу електроенергії між споживачами.