Während herkömmliche Wärmespeicher meistens Wasser als Speichermedium nutzen, um Wärme fühlbar ("sensibel") zu speichern, werden PCM (Phase Change Materials) eingesetzt, um Wärme innerhalb des Aggregatwechsels von fest zu flüssig zu speichern. Ihre Temperatur ändert sich in dieser Phase nicht, obwohl Wärme aufgenommen oder abgegeben wird. Diese versteckte ("latente") Wärmespeicherung nutzt zum einen die höhere Energiedichte des Latentspeichermaterials, da Schwelzwärme größer ist als die spezifische Wärme.
Zum anderen können PCM durch geschickte Wahl des Phasenwechseltemperaturniveaus in unterschiedlichsten Prozessen Verwendung finden. Um Wärmeangebot und -bedarf zu verknüpfen, muss lediglich ein PCM gewählt werden, dessen Isothermenniveau dem Wärmeprozess entspricht. Durch die Möglichkeit, Abwärme und Sonnenwärme über längere Zeiträume zu speichern, werden nicht nur neue Ressourcen effizienter genutzt, sondern auch der Wärmeerzeuger selbst kann kleiner ausgelegt effizienter betrieben werden.
Heute dienen unterschiedlich hoch konzentrierte Salzwasserlösungen oder Paraffine und Fettsäuren als PCM. Je nach ihrem gewünschten Verwendungszweck kann ihre Speicherdichte variiert werden. Damit lassen sie sich als Hochtemperaturspeicher in industriellen Anwendungen ebenso einsetzen wie zur Temperaturstabilisierung in Immobilien. In allen Fällen müssen sie jedoch "verkapselt" werden, um einen Flüssigkeitsaustritt zu vermeiden. Das Kapselvolumen reicht dann von großvolumigen Speichern bis hin zu Mikrokapseln, die direkt dem Baustoff beigemengt werden.
In neueren Bauanwendungen ergänzen sich PCM in Wand und Decken mit Kühlwasser-Kreisläufen, die aktiv den Wärme- und Kältestrom zu den Bauteilen regeln. In modernen Wärmekraftwerken sollen PCM als Speichermodule im Megawatt-Bereich dienen. Auf diese Weise sollen eines Tages solare Wärmekraftwerke rundum die Uhr Strom liefern, indem die Turbinen nachts mit aus Latentwärmespeichern erzeugtem Dampf betrieben werden.
Zum Heizen in Einfamilienhäusern kann die Phasenwechselenergie von Wasser in Kombination mit einer Solaranlage und einer Wärmepumpe genutzt werden. Der Verdampfer der Wärmepumpe befindet sich hierbei direkt im sogenannten Eisspeicher und kühlt das solar erwärmte Wasser im Heizbetrieb bis unter den Gefrierpunkt ab. Zum Kühlen in den Sommermonaten wird die dem Gebäude entzogene Wärme dem Eisspeicher zum Auftauen zugeführt und sorgt so zusätzlich für die zur Regenerierung notwendige Energiemenge für die nächste Heizperiode. Neben einer Solaranlage kann die Heizleistung des Eisspeichers auch durch einen Erdwärmetauscher oder mit Wärme aus einer Regenwasserzisterne ergänzt werden.
