Le centrali idroelettriche sfruttano l'energia cinetica (cioè il movimento) dell'acqua, per produrre energia elettrica. Una massa d'acqua in movimento contiene in sé una certa quantità di energia capace di compiere un lavoro. Questo principio era già conosciuto nei secoli passati e con la sua applicazione funzionano, ad esempio, i mulini ad acqua. Con la scoperta dei fenomeni elettrici è risultato molto più conveniente trasformare l'energia posseduta da grandi masse d'acqua in energia elettrica: ciò avviene nelle centrali idroelettriche. Il principale vantaggio delle idroelettriche è che, una volta costruite, offrono energia a costi molto competitivi e non richiedono combustibili o materie prime; sono una fonte di energia totalmente rinnovabile e di fatto illimitata. Un ulteriore vantaggio è legato al fatto che la variazione della produzione di energia può avvenire in maniera molto più rapida rispetto ad una centrale termoelettrica o nucleare, variando la quantità di acqua che viene convogliata alla turbina. Il loro impiego è, infatti, generalmente massimo durante le ore di maggiore consumo energetico. Gli svantaggi (sopratutto delle centrali a caduta) sono che richiedono un intervento edilizio di enormi proporzioni per la realizzazione di laghi artificiali per fungere da invasi e hanno un impatto ambientale di grandi proporzioni, sia nella fase costruttiva delle opere, sia a posteriori nell'impatto visivo ed estetico. Infatti per esempio in Italia sono rimaste poche aree dove localizzare le grosse centrali; due di queste aree sono localizzate nei parchi nazionali del Gran Paradiso e del Parco Nazionale d'Abruzzo che trovano però forte resistenza fra gli ecologisti. La costruzione delle centrali idroelettriche porta in genere a variazioni nella flora e fauna locale; nel caso di bacini montani, si può avere un impatto anche su eventuali ghiacciai nelle vicinanze. Altro svantaggio è dovuto alla naturale sedimentazione, che tende a riempire lentamente l'invaso, e richiede dragaggi periodici: il terriccio di risulta può essere usato a fini edilizi, per riporti e terrapieni. Esistono inoltre problemi di sicurezza in caso di forti terremoti o frane che hanno portato, per esempio, al disastro del Vajont, in Italia, nel 1963, al primo posto tra i 5 peggiori esempi di gestione del territorio in un documento ONU. Esistono diversi tipi di centrali idroelettriche; in Italia il tipo principale è la centrale a serbatoio, che comprende un lago artificiale, sbarrato da una diga, a monte; da qui l'acqua viene convogliata in condotte forzate, per poi essere inserita in un pozzo, detto "piezometrico". A valle, poi, la pressione dell'acqua mette in moto la turbina e, attraverso l'alternatore, si ottiene energia elettrica. Alcuni impianti, i più moderni possiedono anche un sistema di pompaggio dell'acqua. Inoltre, con una manovra chiamata pompaggio (che consiste nel ripompare l'acqua dai bacini inferiori negli invasi durante le ore notturne, quando la richiesta di energia è minore) si può accumulare energia prodotta dalle altre centrali della rete, per restituirla di giorno nelle ore in cui la domanda di energia raggiunge il massimo.


Immagine di una centrale elettrica a serbatoio.

In altri paesi, principalmente negli Stati Uniti e in Russia, è diffusa la centrale fluviale, situata in pianura su un grande fiume che viene sbarrato con una diga. La potenza degli impianti descritti dipende da due fattori:


Immagine che raffigura una centrale di tipo fluviale.