Les roues Pelton sont couramment utilisées dans les petites centrales hydroélectriques, notamment lorsque la source d'eau présente une hauteur de chute relativement élevée à faible débit, conditions dans lesquelles elles sont les plus efficaces. Elles existent dans toutes les tailles, des microcentrales hydroélectriques aux centrales beaucoup plus grandes que celles nécessaires pour les petites unités de 10 MW.
En fonctionnement, lorsque le jet d'eau frappe les aubes profilées, sa direction est modifiée pour épouser les contours de l'aube. L'énergie d'impulsion de l'eau exerce un couple sur le système aubebe-roue, entraînant la rotation de cette dernière. Le jet d'eau effectue alors un demi-tour et sort par les côtés extérieurs de l'aube, ralenti à une faible vitesse. Ce faisant, la quantité de mouvement du jet d'eau est transférée à la roue, puis à une turbine. Ainsi, l'énergie d'impulsion produit un travail sur la turbine. Pour une puissance et un rendement optimaux, le système roue-turbine est conçu de manière à ce que la vitesse du jet d'eau soit le double de celle des aubes en rotation. Un très faible pourcentage de l'énergie cinétique initiale du jet d'eau reste dans l'eau, ce qui permet à l'aube de se vider au même rythme qu'elle se remplit et assure ainsi un flux d'entrée à haute pression continu et sans perte d'énergie. Généralement, deux aubes sont montées côte à côte sur la roue, ce qui permet de diviser le jet d'eau en deux flux égaux. Cela équilibre les forces de charge latérales sur la roue et contribue à assurer un transfert fluide et efficace de la quantité de mouvement du jet d'eau vers la roue de la turbine.