Francisova turbina je vodeni kotač koji koristi energiju tekuće vode i pretvara je u električnu energiju. To je reakcijska turbina s unutarnjim protokom, također poznata kao turbina radijalnog toka. To znači da voda teče s vanjske strane kotača kroz vodeće lopatice koje je usmjeravaju prema središtu kotača, gdje izlazi iz stroja. Kako voda teče, ona okreće trkač turbine, središnji cilindar s prosječno devet do 19 zakrivljenih žbica nalik lopaticama. Ovo kretanje se osovinom prenosi na generator, gdje se energija vode pretvara u električnu energiju.
Stroj je 1849. izumio američki znanstvenik James Francis, po kojem je stroj i dobio ime. Proveo je opsežne eksperimente na projektiranju vodenih turbina. Njegovi nalazi omogućili su mu da poboljša postojeću reakcijsku turbinu unutarnjeg toka, povećavši njezinu učinkovitost na preko 90%. To je najučinkovitija vodena turbina na svijetu, a ujedno je i najšire korištena.
Franjina modifikacija standardnog dizajna turbine koristila je promjenjivi tlak vode i zakon održanja kutnog momenta. Voda ulazi u turbinu iz izvora visokog pritiska i teče kroz spiralu s postupno opadajućim polumjerom, uzrokujući pad tlaka i kutnog momenta i povećanje brzine. Voda koja se brzo kreće vrti trkač sa sve većom snagom kako se približava svom središtu, hvatajući energiju vode uz malo otpada. Voda tada izlazi iz kliznika i izlazi kroz cijev dizajniranu da usporava vodu natrag. To omogućuje da se voda lagano vrati svom izvoru, bez prekomjernih strujanja ili vrtloga.
Osim svoje nevjerojatne učinkovitosti, Francisova turbina popularna je i zbog svoje svestranosti. Podesive vodeće lopatice reguliraju dolazni protok vode, održavajući brzinu trkača, a time i izlaznu snagu, konstantnom bez obzira na promjene u protoku izvorne vode. Hidraulička “glava” je mjera energije tekućine po jedinici težine, a Francisova turbina može se projektirati za rad u rasponu glave od otprilike 10 do 700 metara. Također može proizvesti snagu u širokom rasponu od nekoliko kilovata do gotovo jednog gigavata.
Za razliku od staromodnog vodenog kotača, os Francisove turbine je okomita. Gledano odozgo ili vodoravni presjek, stroj pomalo podsjeća na puževu školjku. Osim za proizvodnju energije, ova vrsta turbine može se koristiti i za pumpanje vode u rezervoare na većoj nadmorskoj visini, gdje se kasnije može usmjeriti natrag kroz turbinu kako bi se proizvela više električne energije.