太陽能海水淡化設備的運行原理是利用太陽能產生熱能驅動海水發生相變過程，即產生蒸發與冷凝。運行方式一般可分為直接法和間接法兩大類。顧名思義，直接法系統直接利用太陽能在集熱器中進行蒸餾，而間接法系統的太陽能集熱器與海水蒸餾部分是分離的。但是，近20多年來，已有不少學者對直接法和間接法的混合系統進行了深人研究，并根據是否使用其他的太陽能集熱器又將大型太陽能海水淡化設備分為主動式和被動式兩大類。
被動式太陽能蒸餾系統
被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150年的歷史。由于它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。目前，比較理想的盤式太陽能蒸餾器的效率約在35% ，晴好天時，產水量一般在 3～4kg/m 左右。如果在海水中添加濃度為 172.5ppm 的黑色萘胺，蒸餾水產量可以提高約30% 。
主動式太陽能蒸餾系統
被動式太陽能蒸餾系統的一個嚴重缺點是工作溫度低，產水量不高，也不利于在夜間工作和利用其它余熱。為此，人們提出了數十種主動式太陽能蒸餾器的設計方案，并對此進行了大量研究。在主動式太陽能蒸餾系統中，由于配備有其它的附屬設備，使其運行溫度得以大幅提高，或使其內部的傳熱傳質過程得以改善。而且，在大部分的主動式太陽能蒸餾系統中，都能主動回收蒸汽在凝結過程中釋放的潛熱，因而這類系統能夠得到比傳統的太陽能蒸餾器高一至數倍的產水量。
