各种不同型态的水车是所有产能类型中使用超过1000年的产能型态方式，然而，相对的，水车产能的功率是极低性能的。而十九世纪时，水轮机的出现大大的提高了的利用水来产生能量的效率，并且，水轮机当时几乎取代了水车做为水力应用的方式，而且当时只要有水流的地方，水轮机就会与蒸汽机的成为两相竞争的存在。在发电机于1800年代末期被发明后，水轮机成为了只要有潜在水资源的地方，就能为发电机带来动力的天然来源。

在1826年，伯努瓦·富尔内隆开发出了高效能（80%）离心转动的水轮机。新的水轮机水是沿着切圆通过水轮机动轮来带动它旋转的。而让-维克托·彭赛列也在1820年时利用相同的原理开发出向心旋转的水轮机，SB Howd在1838年更利用类似的原理获得了美国专利。

在1848年，詹姆斯·B·弗朗西斯同时也担任Proprietors of Locks and Canals公司的首席工程师，并且，因为纺织需要大量的使用水车技术来产能，而来到拥有纺织之城之称的马萨诸塞州洛厄尔来改进技术，为建立出更具有效能的水轮机。他运用了科学的原理以及科学的测试方式来建立出一个具有非常高效能的涡轮机设计。更重要的是，他的数学和图形计算方法改进了水轮机的设计和工程。他的分析方式更呈现出他所自信的高效率水轮机设计能够完全符合使用该技术站点的水流量和水压（水头）条件。