Οι υδροηλεκτρικές γεννήτριες μπορούν να μετατρέψουν την ενέργεια του κινούμενου νερού σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό επιτυγχάνεται συνηθέστερα με το φράγμα ενός ποταμού και στη συνέχεια να κατευθύνει το νερό μέσω ενός ή περισσότερων στροβίλων. Καθώς το νερό κάνει τους στρόβιλους να περιστρέφονται, αυτοί με τη σειρά τους λειτουργούν ηλεκτρικές γεννήτριες. Ενώ το φράγμα των ποταμών μπορεί να έχει περιβαλλοντικές επιπτώσεις, οι υδροηλεκτρικές γεννήτριες συνήθως θεωρούνται κύρια πηγή καθαρής, ανανεώσιμης ενέργειας. Περίπου το 20% της ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο προέρχεται από υδροηλεκτρικές γεννήτριες, οι οποίες αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές.
Οι περισσότερες υδροηλεκτρικές γεννήτριες αποτελούν μέρος εγκαταστάσεων φραγμάτων που χρησιμοποιούν τεχνητές δεξαμενές, αν και υπάρχουν αρκετοί άλλοι τρόποι αξιοποίησης της υδροηλεκτρικής ενέργειας. Οι γεννήτριες ροής ποταμού λειτουργούν σχεδόν με τον ίδιο τρόπο όπως οι παραδοσιακές γεννήτριες φραγμάτων και δεξαμενών, αν και συνήθως έχουν μικρή ή καθόλου χωρητικότητα ταμιευτήρα. Αντί να δημιουργεί τεχνητό μπλοκάρισμα της ροής και αλλαγή υψομέτρου, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη ροή του ποταμού χρησιμοποιεί τη φυσική ροή του νερού και τα χαρακτηριστικά του ποταμού. Για να παράγει σταθερή ηλεκτρική ενέργεια μια μονάδα ροής ποταμού, ο ποταμός στον οποίο είναι εγκατεστημένος πρέπει συνήθως να έχει σταθερά υψηλή ροή νερού.
Η κίνηση του νερού στις καθημερινές παλιρροϊκές ροές μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί από υδροηλεκτρικές γεννήτριες. Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται με την εγκατάσταση στροβίλων σε μια παλιρροιακή ζώνη που λειτουργούν από την καθημερινή διακύμανση της παλίρροιας. Μερικές φορές είναι δυνατή η κατασκευή δεξαμενών σε αυτά τα συστήματα, επιτρέποντας πρόσθετη χωρητικότητα γεννήτριας σε καταστάσεις υψηλής ζήτησης.
Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο μπορεί να προστεθεί πρόσθετη χωρητικότητα υδροηλεκτρικής γεννήτριας σε ένα σύστημα είναι μέσω της αντλίας αποθήκευσης. Αυτό το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με ένα παραδοσιακό υδροηλεκτρικό εργοστάσιο με φράγμα ή σε αυτόνομη χωρητικότητα. Σε περιόδους που η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας σε μια περιοχή είναι χαμηλή, το νερό μπορεί να αντληθεί σε δεξαμενές μεγάλου υψομέτρου. Στη συνέχεια, όταν αυξάνεται η ζήτηση, το αποθηκευμένο νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της χωρητικότητας της γεννήτριας. Αυτά τα συστήματα αντλιών παράγουν τελικά λιγότερη ισχύ από αυτή που χρησιμοποιείται για την πλήρωση των δεξαμενών, αλλά η αντλούμενη αποθήκευση για υδροηλεκτρική παραγωγή μπορεί να είναι μια βασική μέθοδος αποθήκευσης ενέργειας του δικτύου σε ορισμένες περιοχές.
Ορισμένη παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να έχει περιβαλλοντικές συνέπειες, ιδιαίτερα όταν εμπλέκονται μεγάλες εγκαταστάσεις φραγμάτων. Μια δυνητικά ανεπιθύμητη συνέπεια ορισμένων φραγμάτων είναι το πώς μπορούν να χαράξουν αποτελεσματικά το οικοσύστημα ενός ποταμού. Ενώ ορισμένα φράγματα περιλαμβάνουν ιχθυόσκαλες για να επιτρέψουν σε ορισμένα είδη να ταξιδεύουν στον ποταμό για να γεννήσουν, άλλα ψάρια μπορεί να μην μπορούν να τις χρησιμοποιήσουν. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τον κύκλο ζωής ορισμένων ειδών ή να μειώσει τη βιοποικιλότητα ορισμένων πληθυσμών.
Τα φράγματα μπορούν επίσης να έχουν θετικά αποτελέσματα, όπως η παροχή ελέγχου των πλημμυρών και μια αξιόπιστη πηγή άρδευσης. Οι δεξαμενές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για υδατοκαλλιέργεια και αναψυχή. Σε αντίθεση με τους περισσότερους τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, οι υδροηλεκτρικές γεννήτριες δεν παράγουν αέρια θερμοκηπίου όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Ορισμένοι CO2 και άλλοι ρύποι ενδέχεται να δημιουργηθούν στην κατασκευή των γεννητριών, αν και είναι συνήθως πολύ καθαρές όταν λειτουργούν.