L'energia idroelettrica è stata la prima fonte rinnovabile ad essere utilizzata su larga scala, il suo contributo alla produzione mondiale di energia elettrica è, attualmente, del 18%

L'energia del sole fa evaporare l'acqua dagli oceani,  il vapore, sottoforma di pioggia o neve cade sulla terraferma acquistando energia potenziale nonché energia cinetica. Si può dire che l'acqua è il fluido in una enorme macchina termica alimentata dal Sole.

L'energia si ottiene sfruttando la caduta d'acqua attraverso un dislivello, oppure sfruttando la velocità di una corrente d'acqua; è una risorsa rinnovabile, disponibile ovunque esista un sufficiente flusso d'acqua costante.

La potenza di un impianto che utilizza una caduta dipende da due fattori:
La portata: passaggio di una massa d'acqua attraverso un punto per un'unità di tempo;
Il salto: dislivello tra la quota dove è presente la risorsa idrica svasata e dove questa viene restituita all'ambiente naturale attraverso una turbina. 

La potenza di un impianto che utilizza una corrente d'acqua, invece, dipende dalla velocità della corrente e dalla superficie attiva della turbina collocata, similmente a quanto avviene nella generazione di energia elettrica con un impianto eolico, però a parità di velocità della corrente e di superficie della turbina un sistema idrico sviluppa una potenza 10 volte maggiore rispetto ad un sistema eolico. 

Gli impianti possono essere:
Ad acqua fluente: impianti idroelettrici posizionati sul corso d'acqua;
A bacino: l'acqua è raccolta in un bacino grazie a un'opera di sbarramento o diga;
Ad accumulo: l'acqua viene portata in quota per mezzo di pompe

Nell'ultimo decennio si stanno sviluppando sistemi da installare in un contesto marino, utilizzando il potenziale delle onde, delle maree, delle correnti marine o del gradiente di temperatura tra fondo e superficie degli oceani.