能轉化為電能的主要設備。目前，絕大多數水輪機組都是用來帶動交流發電機組。水輪機組根據工作原理分為反擊式和沖擊式兩大類。目前，世界上單機容量大的沖擊式機組為挪威的悉·西馬電站，其單機容量為315mW，水頭885m，轉速為300轉/min。反擊式機組則由水流沖擊的反作用力使轉輪旋轉而工作的，目前世界上單機容量大的反擊式機組為中國的向家壩電站，其單機容量為800mW。沖擊式機組一般水壓保持恒定，主要是動能的轉換。反擊式機組水壓和動能均能變化，主要是壓力能的轉化。沖擊式機組根據水流方向又分為，切擊式（水斗式）和斜擊式（由瑞士工程師德里亞于1956年發明，故又稱德里亞水輪機）兩大類，兩者射流的傾角不同。反擊式機組可分為混流式（由美國工程師弗朗西斯于1849年發明，故又稱弗朗西斯水輪機）、軸流式和貫流式。斜擊式、軸流式和貫流式根據結構有定槳和轉槳式（由奧地利工程師卡普蘭在1920年發明的，故又稱卡普蘭水輪機）。
   常用水輪機組特點歸結如下：
水斗式：適用于高山丘陵水量不大的高水頭地區，水頭一般在200m以上；
斜擊式：高水頭小流量中小型機組，水頭一般在40m~120m之間；
混流式：常見機組，在水頭和負荷大時比軸流轉槳效率低；
軸流式：適用于平原河道上，水頭低于40m，定槳式槳葉固定在轉輪體上，適用于水頭變化不大的水電站，轉槳式水輪機的槳葉在輪體上可以調節，適用于水頭及負荷變化較大的水電站；燈泡貫流式：適用于3m~20m低水頭大流量地區，發電機裝在水密的燈泡體內，故稱燈泡貫流式，轉輪既可以設計成定槳式，也可以設計成轉槳式。