ペルトン水車は、利用可能な水源の水頭が比較的高く、流量が低い場合に最も効率の高い小水力発電で広く利用されています。ペルトン水車は、最小規模のマイクロ水力発電システムから、10MWの小型ユニットに必要な容量をはるかに超える大型のものまで、あらゆるサイズで製造されています。
動作原理としては、水流がバケットの輪郭に沿って流れるように、バケットの輪郭に沿って水流の方向が変えられます。水の衝撃エネルギーはバケットとホイールのシステムにトルクを与え、ホイールを回転させます。水流自体は「Uターン」してバケットの外側から低速に減速されて排出されます。この過程で、水流の運動量はホイールに伝達され、そこからタービンへと伝わります。このように、「衝撃」エネルギーはタービンに作用します。最大の出力と効率を得るために、ホイールとタービンのシステムは、水流の速度が回転するバケットの速度の2倍になるように設計されています。水流の元の運動エネルギーのごくわずかな割合が水中に残り、バケットは満たされるのと同じ速度で空になり、高圧の入力流が途切れることなくエネルギーを無駄にすることなく継続されます。通常、2つのバケットがホイールに並べて取り付けられ、水流を2つの均等な水流に分割することができます。これにより、ホイールの横方向の荷重力がバランスされ、流体ジェットの水の運動量がタービンホイールにスムーズかつ効率的に伝達されるようになります。