ペルトン水車は、利用可能な水源の水頭が比較的高く、流量が少ない場合に最も効率を発揮する、小規模水力発電用の一般的なタービンです。ペルトン水車は、最小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サイズ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、水流が形状の整ったバケットブレードに衝突すると、水の流速方向がバケットの形状に沿って変化します。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排出され、低速に減速されます。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。つまり、「衝撃」エネルギーがタービンに作用するのです。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の中に残るため、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、エネルギーの無駄なく継続されます。通常、ホイールには2つのバケットが並んで取り付けられており、これにより水流を2つの等しい流れに分割することができます。これにより、ホイールにかかる横方向の荷重がバランスされ、水流の運動量がタービンホイールへスムーズかつ効率的に伝達されることが保証されます。