Ein BHKW besteht im Wesentlichen aus Motor, Synchrongenerator und Wärmetauscher. Der vom Verbrennungsmotor (Kraftmaschine) angetriebene Synchrongenerator (Arbeitsmaschine) erzeugt 3-Phasen-Wechselstrom (Drehstrom) mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 400 Volt, der in der Regel selbst genutzt wird.

Die elektrische Anbindung erfolgt an das Niederspannungsnetz (0,4-kV-Ebene). In der Regel werden BHKW parallel zum öffentlichen Netz betrieben. Durch den Einsatz von Synchrongeneratoren ist prinzipiell aber auch Netzersatzbetrieb möglich. Überschüssiger Strom kann in das Netz des Energieversorgungsunternehmen (EVU) eingespeist werden.

Der Motor gibt Wärme ab, die im so genannten „inneren Kühlkreislauf“ nacheinander aus dem Schmieröl, dem Motorkühlwasser und dem Abgas aufgenommen und über einen Plattenwärmetauscher an das Heizungssystem übertragen wird.

Dieses System der Energieerzeugung und -nutzung heißt Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), weil gleichzeitig die vom Motor erzeugte mechanische Energie (Kraft) und die beim Antrieb des Generators durch den Motor frei werdende thermische Energie (Wärme) genutzt wird.