把水能转换成电能的工厂，又称水力发电厂或水力发电站。抽水蓄能电站发电工况也是把水能转换成电能，所以也属于水电站范畴。
与火电厂比较，建造在河川上的常规水电站，每kW装机容量的造价虽较高，但系利用水能发电，不需燃料，运行管理费用又低，因而每kW·h的发电成本一般要比其他电源的发电成本为低。常规水电站除向电力系统提供电力、电量外，由于其水轮发电机组起停方便、迅速，只要具有能对径流进行日调节以上的水库，往往是优越的调峰、调频和事故备用电源。在电力系统规模和负荷峰谷差日渐增大的情况下，常规水电站在系统中承担调峰调频、事故备用的作用和对系统安全与经济方面的效益也愈显著。此外，水电站还具有节约燃料和不污染空气的优点；常规水电站的水库一般还具有综合利用效益(见水力发电)；因此，在工业发达国家的电力工业发展过程中，一般首先着力建设水电站。如在20世纪50年代，不少欧洲国家的电力系统中，由水电站提供的电量比重超过了50，甚至超过90。这些国家在水能资源大部分被开发以后，这一比重才逐渐下降。据联合国《世界能源统计年鉴》，1990年世界水电年发电量占总年发电量的比重为18.4，水电装机容量占总装机容量的比重为22.9。中国1990年电力总装机容量137890MW，其中水电装机容量为36045.5MW，占26.1；总年发电量6213亿kW·h，其中水电年发电量为1264亿kW·h，占20.3。类型按利用能源的种类，水电站可分为：常规水电站、抽水蓄能电站、潮汐电站和波浪能电站等。常规水电站把河川(包括湖泊，地下水)中的水能转换成电能，是当前技术最成熟、开发最多的一种水电站。现在全世界已建成运行的常规水电站总装机容量，约为625500MW，年发电量约为22700亿kW·h(英国《国际水力发电与坝工建设》杂志据各国1990年前后公布的资料初步统计数)。国际上已建成的规模最大的常规水电站为由巴西和巴拉圭合建的伊泰普(Itaipu)水电站，其装机容量为12600MW。中国已建常规水电站中装机规模最大的是长江干流上的葛洲坝水利枢纽的水电站，其装机容量为2715MW；在建的是在雅砻江上的二滩水电站，装机3300MW；和长江干流上三峡水利枢纽的水电站，其装机容量初选为18200MW。抽水蓄能电站利用电力系统内在负荷低谷时的多余电量将低处水库(又称下池或下库)内的水抽蓄到高处水库(又称上池或上库)内，在负荷高峰时从高处水库引水发电将水排入低处水库的水电站。到1991年止，全世界已建成的抽水蓄能电站总装机容量为83561MW，其中单站规模最大的为美国巴斯康蒂(BathCounty)抽水蓄能电站，装机容量2100MW。中国在建的广州抽水蓄能电站，装机容量为2400MW。潮汐电站把潮汐能转换成电能的水电站。一般在海湾或河口修筑堤坝建成水库，于涨潮时放海水入库，利用库水位低于潮位的水位差发电；待潮位下降，又利用库水位高于潮位的水位差和库内蓄存的水量发电。法国朗斯(LaRance)潮汐电站是世界已建成潮汐电站中规模最大的水电站，其装机容量为240MW。波浪能电站把海洋的波浪能转换成电能的水电站。此种水电站目前尚处于试验阶段，还未建成有一定工业规模的电站。常规水电站还可按水头集中方式、水库调节性能和装机规模的区别进行分类。按水头集中的方式可分为:坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站(见引水式水电站)。按水库调节径流的能力可分为:多年调节水电站、年调节水电站、季调节水电站、周调节水电站、日调节水电站(见径流调节)和不调节径流的径流式水电站等。按单站装机容量的规模分类，世界各国尚没有统一的划分标准。中国现行的划分标准为：单站装机容量25万kW及以上为大型，其中大于75万kW的为大1型，75～25万kW为大2型；25万kW以下至2.5万kW为中型；小于2.5万kW为小型，其中小于2.5万kW～500kW为小1型，小于500kW的为小2型。组成水电站主要由挡水建筑物、泄水建筑物、排沙设施、发电引水系统、发电系统以及其他引水设施和过坝设施等组成。挡水建筑物拦河修建的坝、闸或河床式水电站的厂房。挡水建筑物的作用为壅高上游水位，集中水头用以发电并形成水库以调节径流。拦河坝一般分为土石坝和混凝土坝两大类型，据坝址的地形地质条件及建坝材料的来源等因素，经技术经济比较后选用。当壅水不高而需较大的泄洪流量时，可用闸挡水。闸由闸墩和闸门组成，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。当壅水不高而河床比较开阔时，也可把水电站厂房作为挡水建筑物的组成部分，成为河床式水电站。泄水建筑物其主要作用为泄放洪水出库以保证坝的安全和控制出库下泄流量以满足下游的防洪要求。泄水建筑物有时还可用以泄放下游灌溉、工业、生活等要求的用水，或用以放低水库水位，或兼作为排沙、施工导流的设施。泄水建筑物有溢洪道、泄洪隧洞、泄水闸和坝身泄水孔等型式，根据泄放水要求结合坝型和地形条件进行选择。排沙设施其主要作用有：①排沙出库以保持水库的调节库容。②排泄厂房或坝上游附近的淤沙以减少泥沙进入水轮机或泄水孔，减轻泥沙磨损。排沙设施有排沙孔和冲沙闸等类型，根据排沙要求结合枢纽布置进行选择。发电引水系统把发电用水从电站上游河道或水库引入厂房，经过水轮机，用以发电后再从厂房排入下游河道或下级水库(见主厂房机电设备布置)。坝式水电站的发电引水系统比较简单，仅由进水口、压力管道、尾水管和相应的闸、阀与启闭设备组成；引水式水电站和混合式水电站的发电引水系统比较复杂，包括有进水口、引水隧洞(或引水明管、引水明渠)、调压室(或井)或压力前池、压力管道、尾水管或尾水隧洞(或尾水明渠)等建筑物以及相应的闸、阀和启闭设备等。发电系统是水电站的核心，包括有主厂房、副厂房、变电站、开关站、中央控制室；安装有发电设备、生产辅助设备、变电设备、高压电器设备、控制保护设备和厂用电设备等。水轮发电机组是发电的主要设备，由水轮机和水轮发电机组成。利用水流的压力或流速水头推动水轮机，水轮机再带动水轮发电机发电。水轮发电机组的主要附属设备有进口阀、水轮机调速器、油压装置、水轮发电机励磁、冷却系统(见水轮发电机空气冷却、水轮发电机水内冷和水轮发电机氟里昂内冷)和起重设备。所有这些设备都安装在厂房内(见水电站厂房)。主变压器把水轮发电机电压升高到高压或超高压，以便远距离输电。设置变压器的变电站位置一般靠近主厂房，结合考虑水电站的开发方式和地形地质条件选定(见主变压器布置)。高压电器设备包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、阻波器和母线系统等。这些设备一般都布置在开关站内。开关站一般布置在离厂房不远的地方。其他引水设施为满足灌溉、工业或生活用水需要而设置的从水库引水的设施。一般在水库岸边或通过坝体修建取水口引水。在取水口下游一般要考虑设置消能设施，使水流能平稳地沿输水渠道或管道流送到需水地点。过坝设施为船舶、木、竹、鱼类过坝而设置的设施。过船设施有船闸或升船机；过木、竹设施有过木、竹机或筏道；过鱼设施有鱼梯、鱼道或集鱼船等。在电力系统中的作用水电站同时向所在电力系统提供电力和电量。不具有调节径流能力的径流式水电站，往往以提供电量为主；具有调节水库的常规水电站，一般以提供电力为主，并在系统中承担主要的调峰、调频和事故备用任务。在水能资源丰富、开发条件优良、水电站装机容量比重大的国家(如加拿大、巴西、挪威)的水电站，一般以提供电量为主；在工业发达、系统规模大、火电站装机容量比重大的国家或系统内的水电站，除提供电量外主要提供调峰、调频和事故备用容量。在后一种系统内，可开发利用的水能资源大部分被开发以后，水电站装机容量所占比重将逐渐下降，调峰、调频和事故备用容量不足的问题逐渐突出，于是对已建的具有调节水库的水电站，在条件许可的情况下多先后采取扩大装机容量的工程措施，或另修建抽水蓄能电站，以解决调峰、调频和事故备用容量不足的问题。如美国于1941年已建成大古力(GrandCoulee)水电站，原装机1974MW，80年代扩建后增大到6494MW，计划还将扩大到10830MW；不少国家已修建了许多抽水蓄能电站。中国的华北、华东、华南地区，电力系统规模大，区内水能资源的开发利用率较高，都已着手考虑扩建某些已建水电站和修建抽水蓄能电站，如丰满水电站正在扩建，装机容量由554MW扩大到1100MW，广东省的广州抽水蓄能电站已开始发电，北京的十三陵抽水蓄能电站正在施工。
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