Voda je na Zemi a v jej atmosfére v neustálom pohybe. V dôsledku aktivity Slnka sa odparuje z vodných plôch, vytvára oblaky pary a padá k Zemi vo forme dažďa alebo snehu. Energia tohto vodného cyklu je veľmi účinne využívaná vodnými elektrárňami alebo vodou poháňanými mechanickými dielami. Využívanie energie vody na pohon mechanických zariadení je veľmi starou činnosťou a siaha ďaleko do minulosti. Jednoduché vodou poháňané kolesá, nahradzujúce namáhavú prácu, ľudstvo používalo od nepamäti. Prvá zmienka o takýchto zariadeniach sa objavuje u starých Grékov asi 4000 rokov pred n.l. Gréci používali vodnú energiu hlavne na mletie obilia. Využívanie tejto prírodnej energie sa stalo ešte jednoduchším a rozšírenejším po tom, čom bola vyvinutá prvá vodná turbína na začiatku 19.storočia. Od tohto obdobia sa začína postupne presadzovať výroba elektrickej energie vodnými elektrárňami. Najnovšie technológie výroby elektriny z vody sú založené na využití morského prílivu, morských vĺn alebo teplotného rozdielu vody v oceánoch. Z uvedených typov vodnej energie len energia morského prílivu nie je výsledkom aktivity Slnka, ale je spôsobovaná príťažlivou silou Mesiaca. Energia morských vĺn je priamym dôsledkom sily vetra, ktorý je spôsobovaný činnosťou Slnka.Najväčšia vodná elektráreň na svete sa nachádza na rieke Parana medzi Paraguayom a Brazíliou. Nazýva sa Itaipu a jej 18 turbín má celkový výkon 12.600 MW. Veľké vodné elektrárne sa budujú aj v iných častiach sveta - hlavne v Číne a Indii. V Číne dokončili v roku 1999 najväčšiu domácu vodnú  elektráreň (Ertan) s výkonom 3300 MW, ktorá je súčasne druhou najväčšou v Ázii a najväčším elektrárenským zdrojom v Číne. Niektoré ďalšie veľké elektrárne s celkovým výkonom 32.000 MW sa v Číne ešte stavajú. Najvyššie položená vodná elektráreň na svete sa stavia v tibetskom jazere Yamzho Yumco. Táto prečerpávacia vodná elektráreň sa nachádzať vo výške 4000 až 5000 metrov nad morom. Vo vodných elektrárňach sa kinetická energia vody dopadajúcej na turbínu mení na elektrickú energiu v generátore prúdu. Turbína aj generátor bývajú zvyčajne umiestnené v blízkosti priehrady (veľké vodné elektrárne) alebo využívajú privádzač vody prenášajúci tlak vody na turbínu. Výkon vodnej elektrárne, ktorý sa bežne pohybuje od niekoľkých wattov do niekoľko sto MW, je funkciou dvoch veličín: prietoku vody najčastejšie vyjadrovanom v metroch kubických za sekundu (m3/s) a výškou spádu vody. Konštrukcia vodnej elektrárne a použitá turbína sa navrhujú s ohľadom na tieto veličiny. Hlavným dôvodom prečo sa vodné elektrárne nestavajú všade tam, kde to je možné je, že sú relatívne drahé a sú s nimi spojené negatívne ekologické i sociálne dopady. Platí to predovšetkým pre veľké vodné elektrárne.Vodný tok je súčasťou ekologického systému, v ktorom jedna zmena môže vyvolať následné zmeny v iných častiach systému. Príkladom môže byť zmena prietoku vody v rieke, ktorá môže vyvolať zmeny v kvalite vody a životných podmienkach vodných organizmov hlavne rýb. Priehrady, ktoré sú súčasťou väčšiny veľkých vodných elektrární môžu významne ovplyvniť životné podmienky rýb. Navyše novo vzniknuté priehradné jazero zvyčajne oddelí populácie rýb žijúcich v dolnej a hornej časti toku, čím zablokuje ich migračné cesty. Ekologické dopady takýchto vodných diel môžu byť sledované ešte veľmi ďaleko od miesta priehrady. V tropických oblastiach dochádza k výraznej sezónnej variácii množstva zrážok a v období sucha dochádza k významnému odparovaniu z priehradného jazera. Toto môže ovplyvňovať výšku hladiny v nádrži v oveľa väčšom rozsahu ako napr. v miernom pásme. Vodné toky a zrážková činnosť vzájomne súvisia. Vodné toky môžu ovplyvňovať nielen miestnu klímu ale aj hladinu spodných vôd vo svojom okolí. Sedimentácia v jazerách môže viesť k zvýšenej erózii v dolnej časti toku. Zmeny v prietoku vody tiež majú za následok zmeny v prenose sedimentov. Počas výstavby veľkých vodných diel, prenos bahna a sedimentov je obzvlášť významný v dolnom toku rieky. Stavebné práce môžu viesť k zníženiu kvality vody a s tým súvisiacim problémom pre obyvateľov závislých na takýchto vodných zdrojoch.