Generatory hydroelektryczne mogą zamienić energię płynącą z wody w użyteczną energię elektryczną. Najczęściej osiąga się to poprzez spiętrzenie rzeki, a następnie skierowanie wody przez jedną lub więcej turbin. Gdy woda wprawia turbiny w ruch obrotowy, one z kolei napędzają generatory elektryczne. Chociaż spiętrzenie rzek może mieć konsekwencje dla środowiska, generatory hydroelektryczne są zwykle uważane za podstawowe źródło czystej, odnawialnej energii. Około 20% energii elektrycznej na świecie pochodzi z generatorów hydroelektrycznych, które stanowią większość energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych.
Większość generatorów hydroelektrycznych jest częścią instalacji zaporowych, które wykorzystują sztuczne zbiorniki, chociaż istnieje wiele innych sposobów wykorzystania energii wodnej. Generatory przepływowe działają w podobny sposób, jak tradycyjne generatory zapór i zbiorników, chociaż zwykle mają niewielką pojemność zbiornika lub nie mają go wcale. Zamiast tworzyć sztuczną blokadę przepływu i zmiany wysokości, energetyka przepływowa wykorzystuje naturalny przepływ wody i charakterystykę rzeki. Aby elektrownia przepływowa mogła generować stałą energię elektryczną, rzeka, na której jest zainstalowana, musi zazwyczaj mieć stale wysoki przepływ wody.
Ruch wody w dziennych przepływach pływowych może być również wykorzystany przez generatory hydroelektryczne. Zwykle osiąga się to poprzez zainstalowanie turbin w strefie pływów, które są obsługiwane przez codzienne wahania pływów. Czasami możliwe jest wbudowanie zbiorników w te systemy, co pozwala na dodatkową moc generatora w sytuacjach dużego zapotrzebowania.
Innym sposobem na zwiększenie mocy generatora hydroelektrycznego w systemie jest magazynowanie pompowe. Ten system może być używany w połączeniu z tradycyjną elektrownią wodną z zaporami lub jako samodzielny system. W okresach, gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną na danym obszarze jest niskie, woda może być pompowana do zbiorników na dużej wysokości. Następnie, gdy zapotrzebowanie wzrasta, zmagazynowana woda może być wykorzystana do zwiększenia wydajności generatora. Te systemy pomp ostatecznie generują mniej energii niż zużywa się do napełniania zbiorników, ale magazynowanie pompowane do wytwarzania energii wodnej może być kluczową metodą magazynowania energii w sieci na niektórych obszarach.
Niektóre elektrownie wodne mogą mieć konsekwencje dla środowiska, szczególnie w przypadku dużych instalacji tamowych. Potencjalnie niepożądaną konsekwencją niektórych zapór jest to, jak skutecznie rozdrabniają ekosystem rzeki. Podczas gdy niektóre tamy zawierają przepławki dla ryb, aby umożliwić niektórym gatunkom podróżowanie w górę rzeki w celu tarła, inne ryby mogą nie być w stanie z nich skorzystać. Może to zakłócać cykl życiowy niektórych gatunków lub zmniejszać bioróżnorodność niektórych populacji.
Tamy mogą również mieć pozytywne skutki, takie jak zapewnienie ochrony przeciwpowodziowej i niezawodnego źródła nawadniania. Zbiorniki mogą być również wykorzystywane do akwakultury i rekreacji. W przeciwieństwie do większości sposobów wytwarzania energii elektrycznej, generatory hydroelektryczne nie wytwarzają gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla (CO2). Niektóre CO2 i inne zanieczyszczenia mogą powstawać w konstrukcji generatorów, chociaż zazwyczaj są one bardzo czyste po uruchomieniu.