水輪機的工作原理是將水流的能量轉換爲旋轉機械能。
根據不同的工作原理，水輪機可以分爲衝擊式和反擊式兩類。在衝擊式水輪機中，轉輪受到水流的衝擊而旋轉，這種轉換主要涉及動能的轉換。而在反擊式水輪機中，轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，這種轉換主要涉及壓力能的轉換。
現代水輪機通常安裝在水電站內，用於驅動發電機發電。當上游水庫中的水流經過水輪機的蝸殼和導水機構時，水流的運動能量被轉換爲推動轉輪葉片旋轉的動能，進而通過主軸驅動發電機轉子旋轉，切割磁力線產生電流。
此外，水輪機的運行效率可以通過調節導葉的開度來調節水流量，進而改變水輪機的出力和輸出功率。