水輪機按原理可分成沖擊性式水輪機和反擊式水輪機兩類。沖擊性式水輪機的轉輪遭受水流的沖擊性而轉動，工作中環節中水流的工作壓力不會改變，主要是機械能的變換；反擊式水輪機的轉輪在水中遭受水流的反沖力而轉動，工作中環節中水流的工作壓力能和機械能均有更改，但主要是工作壓力能的變換。
沖擊性式水輪機
沖擊式水輪機按水流的流入可分成切擊式(又被稱為水單斗)和斜擊式兩大類。斜擊式水輪機的結構特征與水單斗水輪機基本一致，僅僅水射流方位有一個傾斜度，只用以中小型發電機組。
基礎理論剖析證實，當水斗節圓處的圓上速率約為水射流強度的一半時，效率最大。這類水輪機在負載產生變化時，轉輪的滲水速度方向不會改變，加上這類水輪機都用以高水頭發電廠，水頭轉變相比較小，速率轉變并不大，因此效率受負載變動的直接影響較小，效率曲線圖較為輕緩，最大效率超出91%。
反擊式水輪機
具體描述
反擊式水輪機可分成混流式、軸流式風機、斜流式的和軸流式。在混流式水輪機中，水流切向進到導水組織，徑向排出轉輪；在軸流式風機水輪機中，水流切向進到導葉，徑向進到和排出轉輪；在斜流式的水輪機中，水流切向進到導葉而歪斜于機床主軸某一視角的方位流入轉輪，或以歪斜于機床主軸的方位流入導葉和轉輪；在軸流式水輪機中，水流沿徑向流入導葉和轉輪。
軸流式風機、軸流式和斜流式的水輪機按其構造還可分成定槳式和轉槳式。定槳式的轉輪葉片是確定的；轉槳式的轉輪葉片可以在運轉中繞葉片軸旋轉，以融入水頭和負載的轉變。
多種類型的反擊式水輪機都配有滲水設備，大、中小型轉盤軸承反擊式水輪機的滲水設備一般由渦殼、固定不動導葉和主題活動導葉構成。渦殼的功效是把水流聯合分布到轉輪周邊。當水頭在40米下列時，水輪機的渦殼常見混凝土結構在現場澆筑而成；水頭高過40米時，則常選用拼焊或整鑄的金屬材料渦殼。
在反擊式水輪機中，水流充斥著全部轉輪流道，所有葉片與此同時遭受水流的功效，因此在相同的水頭下，轉輪直徑低于沖擊性式水輪機。他們的最大效率也高過沖擊性式水輪機，但當負載變動時，水輪機的效率遭受差異程度上的危害。
反擊式水輪機都配有尾自來水管，其功能是：收購轉輪出入口水流的機械能；把水流排至中下游；當轉輪的組裝部位高過中下游水位線時，將此位能轉換為工作壓力能給予收購。針對低水頭大流量的水輪機，轉輪的出入口機械能相對性比較大，尾自來水管的收購特性對水輪機的效率有明顯危害。
軸流式風機水輪機
適用較低水頭的發電廠。在同樣水頭下，其比轉速較混流式水輪機為高。
軸流式定槳式水輪機的葉片固定不動在轉輪體上。一般安裝相對高度在3-50m。，葉片放置角不可以在運轉中更改，構造簡易，效率較低，適用負載轉變小或可以用調節設備運作數量來融入負載變動的發電廠。
軸運轉槳式水輪機是德國技術工程師卡普蘭在1920年創造發明的，故又稱卡普蘭水輪機。一般安裝相對高度在3-80m。其轉輪葉片一般由裝在轉輪身體內的汽壓接力賽跑器實際操作，可按水頭和負載轉變作相對應旋轉，以維持主題活動導葉拐角和葉片轉角間的最佳相互配合，進而提升均值效率，這類水輪機的最大效率有的已超出94%。典型性事例便是葛洲壩。
軸流式水輪機
的導葉和轉輪間的水流通常無變向流動性，再加上選用直錐型尾自來水管，排流無須在尾自來水管中轉向，因此效率高，過電流工作能力大，比轉速高，尤其適用水頭為3～20米的低水頭中小型河道發電廠。
這類水輪機裝在潮汛發電廠內還能夠完成雙重發電量。這類水輪機有很多種構造，應用較多的是電燈泡式水輪機。
燈泡式設備的發電機組裝在密性的電燈泡身體內。其轉輪既可以設計方案成定槳式，還可以設計方案成轉槳式。在其中又可以劃分為軸流式和半貫流式。世界最大的電燈泡式水輪機(轉槳式半貫流)裝在國外的羅克島第二發電廠，水頭12.1米，轉速比為85.7轉/分，轉輪直徑為7.4米，單機版輸出功率為54萬千瓦，于1978年資金投入運作。
混流式水輪機
是全世界應用最普遍的一種水輪機，由英國技術工程師弗朗西斯于1849年創造發明，故又稱弗朗西斯水輪機。與軸運轉槳式對比，其構造較簡易，運作平穩，最大效率也比軸流式風機的高，但在水頭和負載轉變大時，均值效率比軸運轉槳式的低，這類水輪機的最大效率有的已超出95%。混流式水輪機可用的水頭范疇很寬，為5～700米，但選用較多的是40～300米。
混流式的轉輪一般用高碳鋼或高合金鋼鑄造件，或是選用鑄焊構造。為提升抗汽蝕和抗細沙損壞特性，可在易汽蝕位置堆焊不銹鋼，或選用不銹鋼板葉片，有時候也可全部轉輪選用不銹鋼板。選用鑄焊構造能控制成本，并使過流道規格更精準，流道表層更光潔，有益于提升水輪機的效率，還能夠各自用不一樣原材料生產制造葉片、上冠和下環。典型性事例是國內的劉家峽。
斜流式的水輪機
是法國技術工程師德里亞于1956年創造發明，故又稱德里亞水輪機。其葉片歪斜的裝到轉輪體上，伴隨著水頭和負載的轉變，轉輪身體內的汽壓接力賽跑器實際操作葉片繞其中心線相對應旋轉。它的最大效率稍小于混流式水輪機，但均值效率大大的高過混流式水輪機；與軸運轉槳水輪機對比，抗汽蝕特性不錯，飛逸轉速比較低，適用40～120米水頭。
因為斜流式的水輪機構造繁瑣、工程造價高，一般只在不適合應用混流式或軸流式風機水輪機，或不足滿意時才選用。這類水輪機還可作為可逆性式離心水泵水輪機。當它在水泵工作狀況運作時，轉輪葉片可關掉成趨于封閉式的錐體因此能減少電機的運行負載。