Thủy điện sử dụng dòng nước chảy hoặc nước rơi để tạo ra điện. Đây là nguồn năng lượng tái tạo lâu đời nhất và lớn nhất. Đập tích trữ nước và xả nước qua tua bin. Các dự án thủy điện dòng chảy tự nhiên sử dụng dòng chảy tự nhiên mà không cần hồ chứa lớn. Các dự án thủy điện thủy triều và sóng biển khai thác chuyển động của đại dương.

Nguyên lý cơ bản rất đơn giản. Nước chảy qua tuabin, làm quay tuabin. Tuabin làm quay máy phát điện, tạo ra điện năng. Lượng điện năng cần tạo ra phụ thuộc vào độ cao thác nước và lưu lượng dòng chảy. Một đập lớn với độ cao chênh lệch lớn và dòng chảy mạnh có thể tạo ra hàng gigawatt điện.

Thủy điện có nhiều ưu điểm vượt trội. Nó hoạt động cả ngày lẫn đêm. Nó có thể tăng giảm công suất nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu. Nó tích trữ năng lượng trong các hồ chứa. Tuy nhiên, nó cũng có những chi phí về môi trường. Các đập thủy điện phá vỡ hệ sinh thái, cản trở sự di chuyển của cá và làm di dời người dân. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến lượng mưa, khiến một số dự án trở nên kém tin cậy hơn. Dù vậy, thủy điện vẫn là xương sống của lưới điện phát thải carbon thấp.

Các loại phổ biến

• Đập chứa nước
• Dòng chảy tự nhiên
• Lưu trữ năng lượng bằng bơm
• Năng lượng thủy triều
• Năng lượng sóng