水輪機主要分兩大型別，反擊式和衝擊式。反擊式又可分為：混流式、斜流式、軸流式（軸流式還可細分為：軸流轉槳式和軸流定槳式）和貫流式（貫流還可細分為：全貫流、燈泡貫流和軸伸貫流）等，衝擊式還可分為：水斗式、斜擊式和雙擊式。目前中大型水輪機比較常用的型別為：混流式、軸流式、貫流式和水斗式。泵水輪機屬於反擊式型別。

水輪機按工作原理可分為衝擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。衝擊式水輪機的轉輪受到水流的衝擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換；反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。衝擊式水輪機按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。斜擊式水輪機的結構與水斗式水輪機基本相同，只是射流方向有一個傾角，只用於小型機組。反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機中，水流徑向進入導水機構，軸向流出轉輪；在軸流式水輪機中，水流徑向進入導葉，軸向進入和流出轉輪；在斜流式水輪機中，水流徑向進入導葉而以傾斜於主軸某一角度的方向流進轉輪，或以傾斜於主軸的方向流進導葉和轉輪；在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉輪。軸流式、貫流式和斜流式水輪機按其結構還可分為定槳式和轉槳式。定槳式的轉輪葉片是固定的；轉槳式的轉輪葉片可以在執行中繞葉片軸轉動，以適應水頭和負荷的變化。水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力機械，它屬於流體機械中的透平機械。早在公元前100年前後，中國就出現了水輪機的雛形——水輪，用於提灌和驅動糧食加工器械。現代水輪機則大多數安裝在水電站內，用來驅動發電機發電。在水電站中，上游水庫中的水經引水管引向水輪機，推動水輪機轉輪旋轉，帶動發電機發電。作完功的水則透過尾水管道排向下遊。水頭越高、流量越大，水輪機的輸出功率也就越大。