Hüdroelektrijaamades muundatakse elektrienergiaks üles paisutatud vee potentsiaalne energia.

Hüdroelektrijaama tähtsaimaks tunnuseks on paisu ehk tammi olemasolu. Tammi taha koguneb vesi. Mida kõrgemale vesi paisutada, seda suuremaks muutub tema potentsiaalne energia.

Paisutatud vesi lastakse läbi lüüside langeda veeturbiinile. Lüüsides muundub vee potentsiaalne energia vee voolamise kineetiliseks energiaks, turbiinis selle pöörlemise energiaks.

Turbiiniga on ühendatud elektrigeneraator, milles indutseeritav elektromotoorjõud transformeeritakse trafojaamas kõrgemaks ning suunatakse vahelduvvooluvõrku.

Hüdroelektrijaama poolt arendatav võimsus sõltub paisutatud veemassi (suhtelisest) kõrgusest h ning tammi taha kogunenud vee ruumalast V.

Nende kaudu saab leida üles paisutatud vee potentsiaalse energia:

Jaamas elektri tootmiseks arendatav võimsus sõltub sellest milline hulk vee potentsiaalset energiat elektrienergiaks muutub (ehk milline veekogus ajaühikus turbiinile langeb ehk kui suur on vee vooluhulk turbiinis):

Ehk jaama võimsus arvutatakse valemist:

Seega on hüdroelektrijaamas arendatav võimsus seda suurem, mida kõrgemalt vesi kukub, aga samuti seda suurem, mida suurem on veevoolu hulk turbiinis – viimane omakorda sõltub mõistetavalt turbiinile suunatud toru läbimõõdust – mida jämedam toru, seda suurem on veevooluhulk selles.

Hüdroelektrijaamad toodavad energiat taastuvast allikast, nad on reeglina ka ökoloogiliselt puhtad – nende tööga ei kaasne küll keskkonna saastumist, kuid nende ehitamine muudab pöördumatult keskkonnaolusid – veega kaetakse suured, enamasti inimtegevuse seisukohalt väärtuslikud alad. Hüdrojaamade puuduseks on ka nende kõrgendatud nõuded ümbritsevale maastikule – sobivamad hüdrojaamade asukohad asuvad suurte jõgede orgudes – seetõttu on Eestis hüdroenergia kasutusele võtmine sisuliselt võimatu. Samuti on hüdroelektrijaamade puuduseks nende kõrge hind neis toodetava energiaühiku (megavati) kohta.