Peltonräder sind gängige Turbinen für kleine Wasserkraftwerke, wenn die verfügbare Wasserquelle eine relativ hohe Förderhöhe bei geringer Durchflussrate aufweist. Hier arbeitet das Peltonrad am effizientesten. Peltonräder werden in allen Größen hergestellt, von kleinsten Mikrowasserkraftwerken bis hin zu deutlich größeren Anlagen, die die Anforderungen kleiner 10-MW-Einheiten deutlich übersteigen.
Im Betrieb ändert sich die Wassergeschwindigkeit, sobald der Wasserstrahl auf die konturierten Schaufelblätter trifft, um den Schaufelkonturen zu folgen. Die Impulsenergie des Wassers übt ein Drehmoment auf das Schaufel-Rad-System aus und dreht das Rad. Der Wasserstrahl selbst macht eine Kehrtwende und tritt an den Außenseiten der Schaufel aus, abgebremst auf eine niedrige Geschwindigkeit. Dabei wird der Impuls des Wasserstrahls auf das Rad und von dort auf eine Turbine übertragen. Somit wirkt die Impulsenergie auf die Turbine. Für maximale Leistung und Effizienz ist das Rad-Turbinen-System so konstruiert, dass die Geschwindigkeit des Wasserstrahls doppelt so hoch ist wie die Geschwindigkeit der rotierenden Schaufeln. Ein sehr geringer Anteil der ursprünglichen kinetischen Energie des Wasserstrahls verbleibt im Wasser. Dadurch entleert sich die Schaufel mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie gefüllt wurde. Dadurch kann der Hochdruck-Zulauf ununterbrochen und ohne Energieverlust weiterfließen. Typischerweise sind zwei Schaufeln nebeneinander am Rad montiert, wodurch der Wasserstrahl in zwei gleich große Ströme aufgeteilt wird. Dadurch werden die seitlichen Belastungskräfte auf das Rad ausgeglichen und eine gleichmäßige, effiziente Übertragung des Impulses des Wasserstrahls auf das Turbinenrad gewährleistet.