Blockheizkraftwerke bestehen im Prinzip aus einem großen Motor. Dieser wird meist mit normalem Heizöl oder mit Gas betrieben. Die Hauptbestandteile einer mit Öl betriebenen Anlage sind ein Dieselmotor und ein Stromgenerator. Das Heizöl gelangt in den Motor, wo es verbrannt wird. Die Abwärme des Motors wird für Heizzwecke nutzbar gemacht. Die Abgase werden unter Zwischenschaltung eines Russfilters einem Wärmetauscher zugeführt. Hier wird den etwa 500 °C heißen Gasen ihre Energie entzogen, bevor sie abgeführt werden. Die Abwärme aus der Motorkühlung hat geringere Temperaturen, die meist um die 70 °C liegen. Sie wird über einen zweiten Wärmetauscher geleitet, wo ihr die Wärmeenergie entzogen wird. Die gewonnene Wärmeenergie wird über eine Pufferung dem Heizkreislauf zugeführt. Damit durch den Betrieb des Motors keine große Lärmbelästigung entsteht, ist ein sogenannter Abgasschalldämpfer in das System integriert. Die Führung der Zuluft und der Abluft ist ebenfalls schallgedämpft. Die Motorleistung wird von einem Generator zur Stromerzeugung genutzt. Der Strom kann selbst verbraucht werden. Wenn elektrische Energie im Überschuss erzeugt wird, kann diese in das örtliche Stromnetz des zuständigen Energieversorgers eingespeist werden. In diesem Fall erwirtschaftet die Anlage eine zusätzliche Rendite.
Durch die zweifache Nutzung der aufgewendeten Energie, ergibt sich ein Wirkungsgrad bezüglich der Energieausnutzung von etwa 90%. Ein derart hoher Wirkungsgrad kann mit herkömmlichen Heizsystemen nicht erreicht werden. Das System hilft bei der Einsparung von fossilen Energieträgern und reduziert den Ausstoß von Kohlendioxid. Nicht zuletzt können Blockheizkraftwerke auch mit Brennstoffen aus regenerativen Quellen betrieben werden. So kann beispielsweise Biogas eingesetzt werden. Als flüssiger Brennstoff pflanzlicher Herkunft lässt sich Palmöl verwenden. Der Einsatz von Biogas setzt einige Modifikationen am Aufbau des Blockheizkraftwerks voraus. So muss wegen des relativ hohen Stickstoffgehaltes eine Anlage zur Auswaschung von Ammoniak aus den Abgasen in das System integriert werden.
Bei der Planung eines Blockheizkraftwerks sollte eine gründliche Rentabilitätsberechnung erfolgen. Dabei ist zu beachten, dass ein Blockheizkraftwerk wie jeder Motor zur Stromerzeugung nur laufen kann, wenn er ohne Unterbrechung gekühlt wird. Da in der warmen Jahreszeit der Bedarf an Heizenergie naturgemäß sehr gering ist, ist es sinnvoll zusätzliche Verwendungsmöglichkeiten wie die Erwärmung von Schwimmbädern oder des eigenen Pools einzuplanen. Dies kann die Rentabilität der Anlage und damit die Amortisation der Investition entscheidend beeinflussen. Bei Blockheizkraftwerken fallen zudem meist höhere Wartungskosten an als bei anderen Heizsystemen. Trotz dieser Kosten können Blockheizkraftwerke zur Heizung von Wohnraum wirtschaftlich eingesetzt werden. Vor allem bei größeren Wohneinheiten mit einer Vielzahl von Abnehmern ist dies oft der Fall. Die Dimensionierung des Blockheizkraftwerkes sollte dabei auf die Grundlast ausgelegt sein. Spitzenlasten können dann durch eine zusätzliche Heizquelle abgedeckt werden.