水力发电利用的是把水的势能（水位的高度差引起的）和水的动能（速度引起的）转换成电能的。水轮发电机组主要由水轮机和发电机构成，前者的作用是把水的势能和动能转化成旋转机械能，是原动机；后者的作用是把旋转机械能转换成电能。两者通过主轴连接。发电机输出功率的大小由水轮机决定，而水轮机的输出功率则与引入流量和水头（上下游水位的高程差）成正比，流量越大或是水头越大或是两者都大，水轮机的输出功率也就越大。在工程实际中，不同的河流，不同的地区，流量或是水头是不一样的，也就是说要么满足流量，要么满足水头，当然要兼顾二者。

当水头范围在30~300米左右范围时，轴流式水轮机已经不实用了（机械强度等不能满足要求），水轮机就变成混流式或斜流式的了，水流在进入叶片前是沿着圆周方向，流出叶片后是沿着轴线方向的，故称为混流式。混流式水轮机的叶片是固定的。当机组功率小于5000kw（数值不确定）时，一般设计为卧轴形式，即主轴是水平的，这种一般适用于小水电。当机组功率大于500kw时（数值不确定），机组就要设计成立轴形式的，以满足强度及检修需要。立轴混流式水轮发电机组单机容量从几千千瓦到80万千瓦（正在设计单机100万千瓦的）不等，是当今应用范围最广、技术条件最成熟的水轮机。