Oamenii au valorificat puterea apei în mișcare de mii de ani, dar astăzi energia hidroenergetică câștigă un interes reînnoit ca sursă de energie curată și regenerabilă. Barajele hidroelectrice sunt cel mai cunoscut tip de energie hidroenergetică, dar alte câteva metode de valorificare a puterii apei în mișcare sunt în curs de dezvoltare. Oceanele Pământului sunt căutate pentru noi tipuri de energie hidroenergetică.
Ideea utilizării apei ca sursă de energie datează cel puțin din Grecia antică, unde forța râurilor curgătoare era captată de roțile de apă și folosită pentru a măcina grâul în făină. Dispozitive similare au fost dezvoltate în alte părți ale lumii, iar morile și fabricile timpurii europene și americane erau alimentate de roți de apă. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, apa a furnizat doar energie mecanică; mișcarea roților de apă a fost folosită pentru a întoarce ferăstraie și alte mașini.
La sfârșitul anilor 1800, s-au făcut progrese rapide în energia hidroelectrică, o formă de energie hidroenergetică în care mișcarea apei este transformată în energie electrică. Numai SUA aveau peste două sute de hidrocentrale până la începutul secolului, majoritatea situate la baraje medii spre mari. Astăzi, cele mai bune locații pentru hidrocentrale mari au fost exploatate în lumea dezvoltată, astfel încât noi proiecte au loc în mare parte în țări în curs de dezvoltare precum China. Centralele hidroelectrice la scară mai mică sunt analizate atât în lumea dezvoltată, cât și în cea în curs de dezvoltare.
Oceanele lumii conțin, de asemenea, multe surse potențiale de energie pe care le-ar putea folosi energia hidroenergetică. Energia mareelor își propune să exploateze nivelurile în schimbare ale oceanelor din zonele de coastă. Deși o centrală mare de maree a început să funcționeze în Franța la sfârșitul anilor 1960, costurile ridicate de construcție și un număr limitat de locații adecvate au împiedicat puterea mareomotoare să câștige o utilizare pe scară largă.
O altă opțiune potențială este energia valurilor, care poate fi valorificată în mai multe moduri diferite. Un proiect demonstrativ din Norvegia folosește mișcarea valurilor pentru a împinge și trage aer printr-o țeavă, care, la rândul său, învârte o turbină pentru a genera electricitate. Portugalia, Australia și Marea Britanie au experimentat toate fermele cu valuri – grupuri de dispozitive care generează electricitate din puterea valurilor. Alte dispozitive încearcă să capteze curenții marini mult sub suprafața apei.
Conversia energiei termice oceanice (OTEC) diferă de alte tipuri de energie hidroenergetică prin faptul că nu captează energia direct din mișcarea apei. În schimb, OTEC profită de diferențele de temperatură găsite la diferite adâncimi ale oceanului. Apa caldă de la suprafața oceanului este presurizată și transformată în abur sau folosită pentru a încălzi un alt fluid care este transformat în abur. Aburul poate fi apoi folosit pentru a alimenta turbinele și a genera energie, iar apa rece este apoi pompată de la adâncimi mai mari, transformând aburul înapoi în lichid și repornind ciclul. Sistemele experimentale OTEC au fost construite în locuri precum Hawaii, dar pomparea apei rece de la adâncimi mari reduce eficiența sistemului, făcând dificil ca sistemele OTEC să fie rentabile.