水力發電過程其實就是一個能量轉換的過程。
江河水流一瀉千裡，蘊藏著巨大能量，把天然水能加以開發利用轉化為電能，就是水力發電。構成水能的兩個基本要素是流量和落差，流量由河流本身決定，直接利用河水的動能利用率會很低，因為不可能在整個河流的截面水布滿水輪機。
水力利用主要利用勢能，利用勢能必須有落差，但河流自然落差一般沿河流逐漸形成，在較短距離內水流自然落差較低，需通過適當的工程措施，人工提高落差，也就是將分散的自然落差集中，形成可利用的水頭。
因此在天然的河流上，修建水工建築物，集中水頭，然後通過引水道將高位的水引導到低位置的水輪機，使水能轉變為旋轉機械能，帶動與水輪機同軸的發電機發電，從而實現從水能到電能的轉換。發電機發出的電再通過輸電線路送往用戶，形成整個水力發電到用電的過程。
水力發電的原理與基本類型
常用的集中落差方式有築壩、引水方式或兩者混合方式。
築壩發電方式
在落差較大的河段修建水壩，建立水庫蓄水提高水位，在壩外安裝水輪機，水庫的水流通過輸水道（引水道）到壩外低處的水輪機，水流推動水輪機旋轉帶動發電機發電，然後通過尾水渠到下遊河道，這是築壩建庫發電的方式。
▲築壩建庫發電原理圖
由於壩內水庫水面與壩外水輪機出水面有較大的水位差，水庫裡大量的水通過較大的勢能進行做功，可獲得很高的水資源利用率。採用築壩集中落差的方法建立的水電站稱壩式水電站，主要有壩後式水電站與河床式水電站。
引水發電方式
在河流高處建立水庫蓄水提高水位，在較低的下遊安裝水輪機，通過引水道把上遊水庫的水引到下遊低處的水輪機，水流推動水輪機旋轉帶動發電機發電，然後通過尾水渠到下遊河道，引水道會較長並穿過山體，這是一種引水發電的方式。
▲引水發電原理圖
由於上遊水庫水面與下遊水輪機出水面有較大的水位差H0，水庫裡大量的水通過較大的勢能進行做功，可獲得很高的水資源利用率。採用引水方式集中落差的水電站稱為引水式水電站，主要有有壓引水式水電站與無壓引水式水電站。
水電站發電原理全過程
水鬥式水輪發電機組發電過程
混流式水輪發電機組發電過程
水能為自然界的可再生性能源，隨著水文循環周而復始，重複再生。水電站所發的電能來源於水能，最終來源於太陽能。且水力發電在水能轉化為電能的過程中不發生化學變化，不排洩有害物質，對環境影響較小，所以，水力發電所獲得的是一種清潔可再生能源。