In einem Virtuellen Kraftwerk werden dezentrale Einheiten aus dem Stromnetz zusammengeschlossen und über ein gemeinsames Leitsystem koordiniert. Dabei kann es sich um Stromproduzenten (beispielsweise Windkraft-, Biogas-, KWK-, Photovoltaik- oder Wasserkraftanlagen), Stromspeicher, Stromverbraucher und Power-to-X-Anlagen (Power-to-Heat, Power-to-Gas) handeln. Teil des Virtuellen Kraftwerks kann jeder dezentral verbrauchende, speichernde oder produzierende Akteur mit dem Ziel der gemeinsamen Vermarktung von Strom und Flexibilität am Strommarkt werden.
Das zentrale Leitsystem koordiniert mithilfe eines speziellen Algorithmus die individuellen Anlagen im Verbund des Virtuellen Kraftwerks und reagiert, ähnlich wie ein Großkraftwerk, auf die Regelenergieabrufbefehle der Übertragungsnetzbetreiber und wechselnde Netzzustände. Außerdem kann das Virtuelle Kraftwerk in Verbindung mit dem Stromhandel flink und effizient auf Preissignale aus den Strommärkten reagieren und die Fahrweise der einzelnen Anlagen diesen Signalen entsprechend anpassen.