Hidroelektrični generatori mogu pretvoriti energiju kretanja vode u upotrebljivu električnu energiju. To se najčešće postiže pregradom rijeke, a zatim usmjeravanjem vode kroz jednu ili više turbina. Kako voda uzrokuje vrtenje turbina, one zauzvrat pokreću električne generatore. Dok brane rijeka mogu imati ekološke posljedice, hidroelektrični generatori se obično smatraju primarnim izvorom čiste, obnovljive energije. Oko 20% električne energije u svijetu dolazi iz hidroelektričnih generatora, što čini većinu električne energije proizvedene iz obnovljivih izvora.
Većina hidrogeneratora dio je instalacija brana koje koriste umjetne akumulacije, iako postoji niz drugih načina za korištenje hidroenergije. Protočni generatori rade na isti način kao i tradicionalni generatori brana i akumulacija, iako obično imaju mali ili nikakav kapacitet rezervoara. Umjesto stvaranja umjetne blokade toka i promjene nadmorske visine, proizvodnja električne energije tijekom rijeke koristi se prirodnim protokom vode i karakteristikama rijeke. Kako bi elektrana koja se odvija u toku rijeke proizvodila dosljednu električnu energiju, rijeka na kojoj je instalirana obično mora imati konstantno visok protok vode.
Hidroelektrični generatori također mogu iskoristiti kretanje vode u dnevnim plimnim tokovima. To se obično postiže postavljanjem turbina u zoni plime i oseke koje se pokreću dnevnom fluktuacijom plime. Ponekad je moguće ugraditi rezervoare u ove sustave, omogućujući dodatni kapacitet generatora u situacijama velike potražnje.
Drugi način na koji se sustavu može dodati dodatni kapacitet hidroelektričnog generatora je pumpno skladištenje. Ovaj se sustav može koristiti zajedno s tradicionalnom hidroelektranom s branom ili kao samostalan kapacitet. Tijekom vremena kada je potražnja za električnom energijom u nekom području niska, voda se može pumpati do rezervoara na visokim visinama. Zatim, kada se potražnja poveća, uskladištena voda može se koristiti za povećanje kapaciteta generatora. Ovi sustavi pumpi u konačnici generiraju manje energije nego što se koristi za punjenje rezervoara, ali pumpno skladište za proizvodnju hidroelektrične energije može biti ključna metoda pohrane energije u mreži u nekim područjima.
Neka proizvodnja hidroelektrične energije može imati ekološke posljedice, osobito kada se radi o velikim instalacijama brana. Potencijalno nepoželjna posljedica nekih brana je način na koji one mogu učinkovito razdvojiti ekosustav rijeke. Dok neke brane uključuju riblje ljestve koje omogućuju određenim vrstama da putuju uzvodno na mrijest, druge ribe ih možda neće moći koristiti. To može ometati životni ciklus nekih vrsta ili smanjiti biološku raznolikost određenih populacija.
Brane također mogu imati pozitivne učinke, poput osiguravanja kontrole poplava i pouzdanog izvora za navodnjavanje. Akumulacije se također mogu koristiti za akvakulturu i rekreaciju. Za razliku od većine načina proizvodnje električne energije, hidroelektrični generatori ne proizvode stakleničke plinove poput ugljičnog dioksida (CO2). Neki CO2 i drugi zagađivači mogu se stvoriti u konstrukciji generatora, iako su obično vrlo čisti nakon rada.