Ursprünglich beruhten BHKW-Anlagen auf Verbrennungsmotoren. Inzwischen werden auch andere Systeme wie Sterlingmotor, Brennstoffzelle, Mikroturbine oder Dampfmotor zur Stromerzeugung in BHKW-Anlagen eingesetzt. Der Einsatz von Blockheizkraftwerken ist, je nach Art der Verbrennungs-Kraftmaschine, nicht auf die Bereitstellung von Raumwärme beschränkt, sondern dient auch zur Erzeugung von Prozesswärme über Wasserdampf und Heißluft.

Bei BHKW-Anlagen auf Basis von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen fällt Abwärme im Kühlkreislauf und im Abgas an. Sie wird über Wärmetauscher in den Heizkreislauf der Gebäude-Zentralheizung eingespeist. So ist ein Gesamtnutzungsgrad von mehr als 90 Prozent erreichbar, abhängig von den jeweiligen Jahreslaufzeiten des Motors und dem Motorwirkungsgrad.

Der reine elektrische Wirkungsgrad bei Motorvolllast beträgt je nach Brennstoff, Größe und Bauweise (z. B. mit/ohne Turbolader) des Motors und Generators zwischen 20 und 43 Prozent. Klein BHKWs und Mikro-KWK-Anlagen von ca. 1 bis 5 kW elektrischer und ca. 3 bis 15 kW thermischer Leistung eignen sich für den Heizbetrieb von Ein- und Mehrfamilienhäusern im Winter. Mittelgroße BHKW mit einer elektrischen Leistung von mehreren hundert kW werden häufig von Stadtwerken zur Beheizung von Wohnsiedlungen oder Erlebnisbädern genutzt und der Strom ins eigene Netz gespeist.