L'installation est composée de 201 héliostats (miroirs géants orientés vers le soleil) qui concentrent les rayons du soleil vers une tour où circule un fluide caloporteur (des sels fondus). Chauffé par les rayons, celui-ci transfère son énergie à un circuit d'eau. La vapeur alors produite actionne une turbine, comme dans une centrale thermique. Le futur récepteur solaire placé sur la tour aux environs de 2010 et qui recevra les rayons réfléchis par les miroirs devrait monter à 1 000 °C, contre 500 °C auparavant. Parmi les nombreux problèmes à résoudre figurent le transfert à très haute température entre la paroi du récepteur et l’air comprimé, et la conception du récepteur solaire.
Le site de la centrale Thémis couvre une superficie de 102 ha et se structure autour de 4 équipements principaux :
Initialement au nombre de 201, 195 héliostats sont encore aujourd'hui pleinement utilisables (les 6 héliostats restants ayant été démantelés pour les besoins des expériences d’astrophysique).
Thémis accueille le public, du 19 juin au 28 août 2010. La visite est gratuite, de 9h30 à 12h30, et de 14h à 19h.
Exposition pour l'été 2010 : "Soleil, mythes et réalités", de la Cité des sciences et de l'industrie de la Villette.