水力發電的基本原理是利用水位落差 ，配合水輪發電機產生電力，也就是利用水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發電機，而得到電力。科學家們以此水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到最高的發電量，供人們使用廉價又無污染的電力。

而低位水通過吸收陽光進行水循環分布在地球各處，從而回復高位水源。

種類

按集中落差的方式分類：堤壩式水電廠，引水式水電廠，混合式水電廠，潮汐水電廠和抽水蓄能電廠。

按徑流調節的程度分類：無調節水電廠和有調節水電廠。

按照水源的性質，一般稱為常規水電站，即利用天然河流、湖泊等水源發電。

按水電站利用水頭的大小，可分為高水頭(70米以上)、中水頭( 15-70米)和低水頭(低于15米)水電站。

按水電站裝機容量的大小，可分為大型、中型和小型水電站。

一般將裝機容量在5,000kW以下的稱為小水電站，5,000至100,000kW的稱為中型水電站，10萬kW或以上的稱為大型水電站或巨型水電站。

流程

慣常水力發電的流程為：河川的水經由攔水設施攫取后，經過壓力隧道、壓力鋼管等水路設施送至電廠，當機組須運轉發電時，打開主閥(類似家中水龍頭之功能)，后開啟導翼(實際控制輸出力量的小水門)使水沖擊水輪機，水輪機轉動后帶動發電機旋轉，發電機加入勵磁后，發電機建立電壓，并于斷路器投入后開始將電力送至電力系統。

如果要調整發電機組的出力，可以調整導翼的開度增減水量來達成，發電后的水經由尾水路回到河道，供給下游的用水使用。

技術

水力發電是研究將水能轉換為電能的工程建設和生產運行等技術經濟問題的科學技術。水力發電利用的水能主要是蘊藏于水體中的位能。

為實現將水能轉換為電能，需要興建不同類型的水電站。它是由一系列建筑物和設備組成的工程措施。

建筑物主要用來集中天然水流的落差，形成水頭，并以水庫匯集、調節天然水流的流量;基本設備是水輪發電機組。當水流通過水電站引水建筑物進入水輪機時，水輪機受水流推動而轉動，使水能轉化為機械能;水輪機帶動發電機發電，機械能轉換為電能，再經過變電和輸配電設備將電力送到用戶。

水能為自然界的再生性能源，隨著水文循環周而復始，重復再生。水能與礦物燃料同屬于資源性一次能源，轉換為電能后稱為二次能源。

水力發電建設則是將一次能源開發和二次能源生產同時完成的電力建設，在運行中不消耗燃料，運行管理費和發電成本遠比燃煤電站低。水力發電在水能轉化為電能的過程中不發生化學變化，不排泄有害物質，對環境影響較小，因此水力發電所獲得的是一種清潔的能源。

設備

水輪機和水輪發電機是基本設備。為保證安全經濟運行，在廠房內還配置有相應的機械、電氣設備，如水輪機調速器、油壓裝置、勵磁設備、低壓開關、自動化操作和保護系統等。在水電站升壓開關站內主要設升壓變壓器、高壓配電開關裝置、互感器、避雷器等以接受和分配電能。通過輸電線路及降壓變電站將電能最終送至用戶。這些設備要求安全可靠，經濟適用，效率高。為此，對設計和施工、安裝都要精心研究。

水電站運行除自身條件如水道參數、水庫特性外，與電網調度有密切聯系，應盡量使水電站水庫保持較高水位，減少棄水，使水電站的發電量最大或電力系統燃料消耗最少以求得電網經濟效益最高為目標。對有防洪或其他用水任務的水電站水庫，還應進行防洪調度及按時供水等，合理安排防洪和興利庫容，綜合滿足有關部門的基本要求，建立水庫最優運行方式。當電網中有一群水庫時，要充分考慮水庫群的相互補償效益。

效益

水力發電向電網及用戶供電所取得的財務收入為其直接經濟效益，但還有非財務收入的間接效益和社會效益。

歐美有一些國家實行多種電價制，如分別一天不同時間、一年不同季節計算電能電價，在事故情況下緊急供電的不同電價，按千瓦容量收取費用的電價等。

長期以來中國實行按電量計費的單一電價，但水力發電除發出電能外還能承擔電網的調峰、調頻、調相、事故(旋轉)備用，帶來整個電網運行的經濟效益;水電站水庫除提供發電用水外，并發揮綜合利用效益。因此在進行水力發電建設時，須從國民經濟全局考慮，闡明經濟效益，進行國民經濟評價。