Energia wodna pozyskiwana jest poprzez wykorzystanie zjawiska polegającego na przemieszczaniu się wody z miejsc położonych wyżej do tych znajdujących się poniżej. Ruch ten niekoniecznie musi charakteryzować się dużym natężeniem. Wykorzystywane są zarówno spokojne nurty rzek jak i gwałtowne spadanie wody z dużej wysokości np. wodospady lub zapory. Co ciekawe energię wytwarza się również wykorzystując nieustanny ruch fal morskich i przypływów.
Energię elektryczną pozyskuje się poprzez wykorzystanie unowocześnionego odpowiednika dawnego koła wodnego, czyli turbiny. Płynąca woda napędza turbinę, która połączona jest z prądnicą wytwarzającą prąd. Elektrownie działające w ten sposób nazywają się hydroelektrowniami i najczęściej powstają w terenach górskich, gdzie występują silne opady. Jezioro lub sztucznie zbudowany zbiornik wodny gromadzi wodę ponad elektrownią. Z im większej wysokości spada woda tym większą energię można z niej pozyskać, dlatego bardzo często buduje się tamy skąd dopiero za pomocą rur woda dostaje się do turbiny.
Koła wodne używane były już około 100 lat p.n.e. przez Greków oraz Rzymian do napędzania młynów zbożowych. W czasach rewolucji przemysłowej wielkie koła wodne służyły do dostarczania energii do wielkich fabryk w Anglii.