पेल्टन व्हील छोटे जलविद्युत संयंत्रों के लिए एक सामान्य टरबाइन है, जब उपलब्ध जल स्रोत में अपेक्षाकृत उच्च हाइड्रोलिक हेड होता है और प्रवाह दर कम होती है, तब पेल्टन व्हील सबसे अधिक कुशल साबित होता है। पेल्टन व्हील सभी आकारों में उपलब्ध हैं, सबसे छोटे माइक्रो हाइड्रो सिस्टम से लेकर 10 मेगावाट की छोटी इकाइयों की आवश्यकता से कहीं अधिक बड़े आकार तक।
संचालन की दृष्टि से, जब पानी की धार बाल्टी के घुमावदार ब्लेडों पर पड़ती है, तो पानी के वेग की दिशा बाल्टी के घुमावों के अनुरूप बदल जाती है। पानी की आवेग ऊर्जा बाल्टी और पहिया प्रणाली पर बल लगाती है, जिससे पहिया घूमने लगता है; पानी की धारा स्वयं एक "यू-टर्न" लेती है और बाल्टी के बाहरी किनारों से धीमी गति से बाहर निकलती है। इस प्रक्रिया में, पानी की धार का संवेग पहिये और फिर टरबाइन में स्थानांतरित हो जाता है। इस प्रकार, "आवेग" ऊर्जा टरबाइन पर कार्य करती है। अधिकतम शक्ति और दक्षता के लिए, पहिया और टरबाइन प्रणाली को इस प्रकार डिज़ाइन किया जाता है कि पानी की धार का वेग घूमती हुई बाल्टियों के वेग का दोगुना हो। पानी की धार की मूल गतिज ऊर्जा का बहुत कम प्रतिशत पानी में शेष रहता है, जिससे बाल्टी उसी दर से खाली होती है जिस दर से वह भरती है, और इस प्रकार उच्च दबाव वाला इनपुट प्रवाह बिना किसी रुकावट और ऊर्जा की बर्बादी के निरंतर जारी रहता है। आमतौर पर पहिये पर दो बाल्टियाँ अगल-बगल लगी होती हैं, जिससे पानी की धार को दो बराबर धाराओं में विभाजित किया जा सकता है। इससे पहिये पर लगने वाले पार्श्व भार बलों में संतुलन बना रहता है और टरबाइन पहिये तक पानी के तरल जेट की गति का सुचारू और कुशल स्थानांतरण सुनिश्चित करने में मदद मिलती है।