Οι άνθρωποι έχουν εκμεταλλευτεί τη δύναμη της κίνησης του νερού για χιλιάδες χρόνια, αλλά σήμερα η υδροηλεκτρική ενέργεια κερδίζει ένα ανανεωμένο ενδιαφέρον ως πηγή καθαρής, ανανεώσιμης ενέργειας. Τα φράγματα υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι ο πιο γνωστός τύπος υδροηλεκτρικής ενέργειας, αλλά αρκετές άλλες μέθοδοι αξιοποίησης της ισχύος του κινούμενου νερού βρίσκονται υπό ανάπτυξη. Οι ωκεανοί της Γης αναζητούνται για νέους τύπους υδροηλεκτρικής ενέργειας.
Η ιδέα της χρήσης του νερού ως πηγής ενέργειας χρονολογείται τουλάχιστον από την αρχαία Ελλάδα, όπου η δύναμη των ποταμών που ρέουν συλλαμβάνονταν από υδάτινους τροχούς και χρησιμοποιούνταν για την άλεση του σίτου σε αλεύρι. Παρόμοιες συσκευές αναπτύχθηκαν σε άλλα μέρη του κόσμου και οι πρώιμοι ευρωπαϊκοί και αμερικανικοί μύλοι και εργοστάσια τροφοδοτούνταν με ρόδες νερού. Μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα, το νερό παρείχε μόνο μηχανική ενέργεια. η κίνηση των υδάτινων τροχών χρησιμοποιήθηκε για την περιστροφή πριονιών και άλλων μηχανημάτων.
Στα τέλη του 1800, έγιναν ραγδαίες πρόοδοι στην υδροηλεκτρική ενέργεια, μια μορφή υδροηλεκτρικής ενέργειας κατά την οποία η κίνηση του νερού μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Μόνο οι ΗΠΑ διέθεταν πάνω από διακόσιους υδροηλεκτρικούς σταθμούς μέχρι την αλλαγή του αιώνα, οι περισσότεροι από τους οποίους βρίσκονταν σε φράγματα μεσαίου έως μεγάλου μεγέθους. Σήμερα, οι περισσότερες από τις καλύτερες τοποθεσίες για μεγάλα υδροηλεκτρικά εργοστάσια έχουν αξιοποιηθεί στον ανεπτυγμένο κόσμο, επομένως νέα έργα πραγματοποιούνται κυρίως σε αναπτυσσόμενες χώρες όπως η Κίνα. Μικρότερης κλίμακας υδροηλεκτρικοί σταθμοί εξετάζονται τόσο στον ανεπτυγμένο όσο και στον αναπτυσσόμενο κόσμο.
Οι ωκεανοί του κόσμου περιέχουν επίσης πολλές πιθανές πηγές ενέργειας που θα μπορούσε να αξιοποιήσει η υδροηλεκτρική ενέργεια. Η παλιρροιακή δύναμη στοχεύει στην εκμετάλλευση των μεταβαλλόμενων επιπέδων των ωκεανών στις παράκτιες περιοχές. Αν και ένας μεγάλος παλιρροιακός σταθμός παραγωγής ενέργειας άρχισε να λειτουργεί στη Γαλλία στα τέλη της δεκαετίας του 1960, το υψηλό κόστος κατασκευής και ο περιορισμένος αριθμός κατάλληλων τοποθεσιών εμπόδισαν την παλίρροια να αποκτήσει ευρεία χρήση.
Μια άλλη πιθανή επιλογή είναι η ενέργεια των κυμάτων, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Ένα έργο επίδειξης στη Νορβηγία χρησιμοποιεί την κίνηση των κυμάτων για να σπρώξει και να τραβήξει αέρα μέσω ενός σωλήνα, ο οποίος με τη σειρά του περιστρέφει έναν στρόβιλο για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Η Πορτογαλία, η Αυστραλία και το Ηνωμένο Βασίλειο έχουν πειραματιστεί με φάρμες κυμάτων – ομάδες συσκευών που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από κυματική ενέργεια. Ορισμένες άλλες συσκευές προσπαθούν να συλλάβουν θαλάσσια ρεύματα πολύ κάτω από την επιφάνεια του νερού.
Η μετατροπή θερμικής ενέργειας των ωκεανών (OTEC) διαφέρει από άλλους τύπους υδροηλεκτρικής ενέργειας στο ότι δεν συλλαμβάνει ενέργεια απευθείας από την κίνηση του νερού. Αντίθετα, ο OTEC εκμεταλλεύεται τις διαφορές θερμοκρασίας που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη του ωκεανού. Το ζεστό νερό στην επιφάνεια του ωκεανού είναι υπό πίεση και μετατρέπεται σε ατμό ή χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ενός άλλου υγρού που μετατρέπεται σε ατμό. Στη συνέχεια, ο ατμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία των στροβίλων και την παραγωγή ενέργειας, και στη συνέχεια το δροσερό νερό αντλείται από μεγαλύτερα βάθη, μετατρέποντας τον ατμό σε υγρό και επανεκκινώντας τον κύκλο. Πειραματικά συστήματα OTEC έχουν κατασκευαστεί σε μέρη όπως η Χαβάη, αλλά η άντληση κρύου νερού από μεγάλα βάθη μειώνει την απόδοση του συστήματος, καθιστώντας δύσκολη την αποδοτικότητα των συστημάτων OTEC.