不论何种类型的水轮机均系利用水流的能量给叶片的反力推动转轮作功，以达到能量转换的目的。水流传递给水轮机的功率为9.81，其中Q为通过水轮机的流量；H为有效水头;为水轮机水力效率。水轮机得到的功率为M（M为水流对转轮的作用力矩,为角速度）。水轮机基本方程式为：

　　式中g为重力加速度；v1、v2分别为水流进入和流出转轮时的绝对速度；u1、u2分别为转轮进口、出口的旋转速度；a1、a2分别为水流进入和流出转轮时的绝对速度与圆周分速度的夹角。在设计水轮机转轮的通流部分时应遵循这一基本方程式。

　　反击式水轮机利用水流的压能（位能）和动能，水流经过转轮叶片时受叶片的作用而改变压力与流速的大小和方向，而对转轮叶片产生反作用，形成转轮的旋转力矩使水轮机工作。冲击式水轮机利用水流的动能，通过喷嘴把高压水流全部转化为动能以高速射向转轮叶片而使转轮旋转。