Pembangkit listrik tenaga air dapat mengubah energi air yang bergerak menjadi listrik yang dapat digunakan. Hal ini paling sering dilakukan dengan membendung sungai dan kemudian mengarahkan air melalui satu atau lebih turbin. Saat air menyebabkan turbin berputar, mereka pada gilirannya mengoperasikan generator listrik. Sementara membendung sungai dapat memiliki dampak lingkungan, pembangkit listrik tenaga air biasanya dianggap sebagai sumber utama energi bersih dan terbarukan. Sekitar 20% listrik di dunia berasal dari pembangkit listrik tenaga air, yang menyumbang sebagian besar listrik yang dihasilkan oleh sumber terbarukan.
Sebagian besar pembangkit listrik tenaga air adalah bagian dari instalasi bendungan yang menggunakan reservoir buatan, meskipun ada beberapa cara lain untuk memanfaatkan tenaga air. Generator run-of-river beroperasi dengan cara yang hampir sama seperti generator bendungan dan reservoir tradisional, meskipun mereka biasanya memiliki kapasitas reservoir yang kecil atau tidak sama sekali. Alih-alih menciptakan penyumbatan aliran buatan dan perubahan ketinggian, pembangkit listrik aliran sungai memanfaatkan aliran air alami dan karakteristik sungai. Agar pembangkit run-of-river menghasilkan listrik yang konsisten, sungai yang dipasang biasanya harus memiliki aliran air yang tinggi secara konsisten.
Pergerakan air pada arus pasang surut harian juga dapat dimanfaatkan oleh pembangkit listrik tenaga air. Hal ini biasanya dicapai dengan memasang turbin di zona pasang surut yang dioperasikan oleh fluktuasi harian pasang surut. Kadang-kadang dimungkinkan untuk membangun reservoir ke dalam sistem ini, memungkinkan kapasitas generator tambahan dalam situasi permintaan tinggi.
Cara lain agar kapasitas pembangkit listrik tenaga air tambahan dapat ditambahkan ke sistem adalah melalui penyimpanan yang dipompa. Sistem ini dapat digunakan bersama dengan pembangkit listrik tenaga air bendungan tradisional, atau dalam kapasitas yang berdiri sendiri. Selama masa ketika permintaan listrik di suatu daerah rendah, air dapat dipompa ke reservoir elevasi tinggi. Kemudian ketika permintaan meningkat, air yang disimpan dapat digunakan untuk meningkatkan kapasitas generator. Sistem pompa ini pada akhirnya menghasilkan daya yang lebih kecil daripada yang digunakan untuk mengisi reservoir, tetapi penyimpanan yang dipompa untuk pembangkit listrik tenaga air dapat menjadi metode kunci penyimpanan energi jaringan di beberapa daerah.
Beberapa pembangkit listrik tenaga air dapat memiliki konsekuensi lingkungan, terutama ketika instalasi bendungan besar terlibat. Konsekuensi yang berpotensi tidak diinginkan dari beberapa bendungan adalah bagaimana bendungan dapat secara efektif mengukir ekosistem sungai. Sementara beberapa bendungan menyertakan tangga ikan untuk memungkinkan spesies tertentu melakukan perjalanan ke hulu untuk bertelur, ikan lain mungkin tidak dapat memanfaatkannya. Hal ini dapat mengganggu siklus hidup beberapa spesies, atau mengurangi keanekaragaman hayati populasi tertentu.
Bendungan juga dapat memberikan efek positif, seperti menyediakan pengendalian banjir dan sumber irigasi yang dapat diandalkan. Waduk juga dapat digunakan untuk budidaya dan rekreasi. Tidak seperti kebanyakan cara menghasilkan listrik, pembangkit listrik tenaga air tidak menghasilkan gas rumah kaca seperti karbon dioksida (CO2). Beberapa CO2 dan polutan lainnya dapat dibuat dalam konstruksi generator, meskipun mereka biasanya sangat bersih setelah beroperasi.