水电厂的发电机都为同步电机，它能把原动机（水轮机）的机械能转变成电能。当转子被原动机拖动旋转时，定子绕组不断切割磁力线，就在其中感应出电动势。导线切割磁力线能产生感应电动势，将导线连成闭合回路，就有电流通过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。
发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率，也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机由于没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但是不能向负载提供无功功率，而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联，或者并接相当数量的电容器。这限制了异步发电机的应用范围，只能较多地应用于小型自动化水电站。
水轮发电机结构形式有以下几种：
1）卧式结构 卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。
2）立式结构 国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。
3）贯流式结构贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。
水轮机的工作效率较高。