เครื่องจักรที่เปลี่ยนพลังงานที่ได้จากการไหลของน้ำมาเป็นพลังงานกล ได้แก่ พวกกังหันน้ำแบบต่างๆ กังหันน้ำอย่างง่าย ได้แก่ กังหันน้ำสมัยก่อนซึ่งหมุนไปได้โดยการบังคับน้ำให้ไหลผ่านรางมาตกบนขอบวงล้อที่มีลักษณะคล้ายขั้นบันไดสำหรับรับแรงดันของน้ำ พลังงานกลที่เกิดขึ้นอยู่ในรูปของแรงหมุนซึ่งจะไปหมุนเครื่องโม่แป้งหรือเครื่องสีข้าวโดยผ่านทางเพลาของวงล้อ
กังหันน้ำสมัยใหม่มีหลักการเช่นเดียวกับกังหันน้ำสมัยก่อน แต่ดัดแปลงให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น แบ่งเป็นประเภทใหญ่ได้สองประเภท
ประเภทนี้เรียกว่า กังหันรีแอคชัน (reaction turbine) กังหันประเภทนี้ได้แรงหมุนมาจากแรงปฏิกิริยาที่โต้ตอบการไหลของน้ำ ซึ่งถูกเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิมเมื่อไหลเข้าไปชนใบพัดของกังหัน ทิศทางในการหมุนของกังหันจะสวนทางกับทิศทางของน้ำที่เบี่ยงเบนออกไปจากใบพัด
พลังงานของน้ำที่ไปหมุนกังหันขึ้นอยู่กับระดับน้ำตามสูตร
h = (Pc/w) + Zc + (Vc2/2g) + (Ve2/2g)
h = ระดับน้ำ มีหน่วยเป็น ฟุต
Pc = ความดันของน้ำตรงปากท่อเข้ากังหัน (จุด C ในภาพบน) (หน่วยเป็น ปอนด์/ตารางฟุต)
w = น้ำหนักจำเพาะของน้ำ หน่วยเป็น ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต
Zc = ความต่างของระดับจากน้ำใต้เขื่อนถึงตัวกังหัน หน่วยเป็น ฟุต
Vc = ความเร็วของน้ำก่อนเข้ากังหัน หน่วยเป็น ฟุต/วินาที
Ve = ความเร็วของน้ำหลังเขื่อน หน่วยเป็น ฟุต/วินาที
g = อัตราเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก หน่วยเป็น ฟุต/วินาที2
กังหันรีแอคชันสมัยใหม่มีส่วนประกอบที่สำคัญ ๒ ส่วน คือ ครีบนำน้ำ (guide vane) ซึ่งอยู่กับที่ และ ครีบวิ่ง (runner) ซึ่งเป็นตัวเคลื่อนที่ ครีบนำน้ำจะทำหน้าที่ปิดเปิดและเบี่ยงเบนทิศทางของน้ำที่เข้าไปหมุนครีบวิ่ง ซึ่งก็เท่ากับควบคุมความเร็วและกำลังของกังหันนั่นเอง
ครีบวิ่งของกังหันรีแอคชันมีสองแบบ คือ
ก. แบบฟรานซิส (francis runner) ซึ่ง บี ฟรานซิส (B. Francis) วิศวกรชลศาสตร์ สร้างขึ้นเมื่อปี พ.ศ. ๒๓๙๒ มีลักษณะคล้ายวงล้อเกวียนอย่างวงล้อเพลตัน น้ำจะไหลเข้าไปตามรัศมีของวงล้อนี้ (radial flow) ก่อนที่จะไหลผ่านไป
ข. แบบแคปแลน (kaplan runner) มีลักษณะคล้ายใบเรือจักรเรือยนต์ น้ำที่ไหลเข้าไปหมุนครีบวิ่ง จะไหลเข้าไปตามแกนของเพลากังหัน (axial flow)
กังหันน้ำที่ใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก เป็นแบบกังหันรีแอคชัน ซี่งมีครีบวิ่งแบบฟรานซิส ได้กำลังงานสูงสุดถึง ๑๑๕,๐๐๐ ล้านแรงม้า ระดับน้ำสูง ๑๒๓.๒ เมตรน้ำที่ไหลผ่านมีปริมาณ ๗๕.๘ ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที ความเร็ว ๑๕๐ รอบต่อนาที เหนือตัวกังหันขึ้นไป เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด ๗๕ เมกะวัตต์ สามารถจ่ายไฟฟ้าส่วนใหญ่ให้แก่ภาคกลางของประเทศไทยได้ทั้งหมด
