熱能收集相變材料具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態的能力。以固－液相變為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內要散發到環境中去，進行從液態到固態的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態發生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。

熱能收集相變材料-固相變具備一項很明顯的優勢：
由于對容器的要求不高，因此帶來容器設計上的靈活性。 相比于固固相變材料， 固氣相變和液氣相變這兩類材料的相變潛熱更大，但是這兩類相變材料具有一個很明顯的缺點：即在相變過程中，這兩類相變材料會伴隨大量氣體的產生，對容器的氣密性有很高的要求，因此使得容易設計很復雜和不切實際。雖然固液相變材料的相變焓略微小于氣液相變材料的相變焓，但是氣液相變過程體積變化是固液相變材料蓄熱過程中的體積變化的 10 倍。因此相似的相變焓和蓄熱過程中顯著小的體積變化，使得固液相變材料被認為是一種非常具有工業應用價值的潛熱蓄熱材料。

相變材料實際上可作為能量存儲器。這種特性在節能，溫度控制等領域有著極大的意義。有機相變材料和無機相變材料的明顯區別在于運用到建筑材料等方面耐久性和防火性的差異，后者多優于前者。

在服裝領域，使用相變材料，將相變材料植入纖維中，可以極大的改變人們的生活質量，不使用任何能源，可以讓普通衣服變成微空調。