由于燃气轮机联合循环发电机组是燃气轮机、发电机与余热锅炉、蒸汽轮机（凝汽式）或供热式蒸汽轮机(抽汽式或背压式)共同组成的循环系统，它是将燃气轮机作功后排出的高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，送人蒸汽轮机发电，或者将部分发电作功后的乏汽用于供热。常见形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各分别与发电机组合的多轴联合循环。主要用于发电和热电联产，燃气轮机联合循环机组具有以下独特的优点：①发电效率高：由于燃气轮机利用了布朗和朗肯二个循环，原理和结构先进，热耗小，所以，联合循环发电效率近57-58%，而燃煤电厂(0.75～1000)MW机组发电效率仅20%～48%。②环境保护好：燃煤电厂锅炉排放灰尘很多，二氧化硫多，氮氧化物为200PPM，必须加装脱硫（效率90%左右）、脱硝（效率（90%左右）及电除尘后（经脱硫、脱硝装置进一步除尘后每立方米含尘小于30豪克，比在家里的灰尘还少）使排放物除二氧化碳外均高于一般环境标准。燃机电厂余热锅炉排放无灰尘，二氧化硫极少，氮氧化物为(10～25)PPM。⑧运行方式灵活：燃煤电厂启停时间长，适合作为基本负荷运行，调峰性能差。燃机电厂，不仅能作为基本负荷运行，还可以作为调峰电厂运行；燃机为双燃料(油和天燃气)时，还可以对天然气进行调峰。④消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的1/3，所以用水量一般为燃煤火电的1/3，由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。此外，甲烷(CH4)中的氢和空气中的氧燃烧还原成二氧化碳和水，每燃烧1m3天然气理论可回收约1.53kg水，每公斤可回收2.2kg水，足以满足电厂自身的用水。⑧占地面积少：由于没有了煤和灰的堆放，又可使用空冷系统，电厂占地大大节省，占地仅为燃煤火电厂的10%～30%，节约了大量的土地资源，这对地少人多的中国非常重要。⑥建设周期短：燃气轮机系统发电的建设周期为8～10个月，联合循环系统发电的建设周期为16～20个月，而燃煤火电厂需要24～36个月，回收快。燃机所需燃料一般为液体或气机，燃料价格高，除非用于调峰，否则从经济性角度来讲不适用于带基本负荷。目前全世界正在发展整体煤气化发电技术（简称IGCC），也就是将煤磨粉后不完全燃烧变成煤气后除尘进燃气轮机燃烧发电的技术，但煤粉气化装置造价高，布袋除尘器运行费用高，目前该技术正转向应用阶段，国内的华电、神华等集团正在申请IGCC项目。从中国燃料分布及拥有上，及机组效率上看发展该技术有发展前景，但该机组每千瓦造价要远高于1000MW超超临界机组，投资成为瓶井。

联合循环技术还可用于太阳能热力发电技术、核电站联合循环技术（DT联合循环），用于提高该类发电技术的蒸汽参数，从而提高效率，减少热污染。