เป็นอาคารทดน้ำหรือเขื่อนทดน้ำที่ต้นน้ำของโครงการชลประทานอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งสร้างขวางลำน้ำสำหรับทดน้ำที่ไหลมาให้มีระดับสูง จนสามารถส่งเข้าคลองส่งน้ำได้ตามปริมาณที่ต้องการในฤดูกาลเพาะปลูกเช่นเดียวกับฝาย แต่เขื่อนระบายน้ำจะระบายน้ำผ่านเขื่อนไปได้ตามปริมาณที่กำหนดโดยไม่ยอมให้น้ำไหลล้นข้ามเหมือนฝาย และเมื่อเวลาน้ำหลากมาเต็มที่ในฤดูฝน เขื่อนระบายน้ำนี้ยังสามารถระบายน้ำให้ผ่านไปได้ทันที
อาคารของเขื่อนระบายน้ำมีลักษณะเป็นช่องๆสำหรับให้น้ำไหลผ่านไปได้ โดยตลอดความยาวของเขื่อนแบ่งด้วยตอม่อ เขื่อนระบายน้ำแต่ละแห่งจะมีจำนวนกี่ช่อง และกว้างช่องละเท่าไรนั้น ย่อมแล้วแต่ปริมาณน้ำสูงสุดที่มีมาในลำน้ำ ซึ่งจะต้องไหลผ่านไปได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ล้นข้ามเขื่อน และไม่ทำให้ระดับน้ำด้านหน้าของเขื่อนท่วมพื้นที่สองฝั่งลำน้ำมากเกินไป
ที่ช่องระบายน้ำของเขื่อนทุกช่องจะมีบานประตูปิดไว้ระหว่างตอม่อ บานประตูทุกบานสามารถยกขึ้นและหย่อนลงได้ทุกระดับตามต้องการ เมื่อไม่ต้องการให้น้ำไหลผ่านเขื่อน ก็หย่อนบานประตูลงปิดสนิทที่พื้นธรณีของเขื่อนได้ และเมื่อต้องการระบายน้ำผ่านเขื่อน ก็ยกบานประตูขึ้นจากพื้นธรณีเขื่อนให้น้ำไหลลอดบานประตูไป น้ำจะไหลผ่านได้น้อย ถ้ายกบานประตูขึ้นเล็กน้อย ในกรณีที่มีน้ำไหลมามาก และต้องการระบายน้ำผ่านเขื่อนเต็มที่ ก็สามารถยกบานประตูให้สูงขึ้นพ้นระดับน้ำได้บานประตูของเขื่อนระบายน้ำส่วนมากทำด้วยเหล็กมีรูปร่างต่างๆกัน เช่น บานรูปสี่เหลี่ยมตั้งตรงและบานสี่เหลี่ยมรูปโค้ง
เขื่อนระบายน้ำทุกแห่งจะต้องสร้างให้มีลักษณะที่มั่นคงและถาวร การที่จะสร้างให้ใช้งานได้เพียงชั่วคราว โดยใช้วัสดุก่อสร้างอะไรก็ได้นั้น ไม่สามารถทำได้ ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องสร้างเขื่อนระบายน้ำด้วยวัสดุที่มีความคงทนถาวรเป็นหลักเช่น คอนกรีตเสริมเหล็ก อีกทั้งจะต้องมีการออกแบบโดยใช้หลักวิชาการอย่างถูกต้อง และมีวิธีการก่อสร้างที่ประณีตมากด้วย
แม้ว่าเขื่อนระบายน้ำมีลักษณะไม่ทึบตันเหมือนฝาย แต่ตัวเขื่อนก็ต้องมีน้ำหนักรวมมากพอที่จะต้านแรงดันของน้ำ อันเกิดจากความสูงของน้ำที่ถูกทดอัดไว้ ไม่ให้เขื่อนล้มและเลื่อนถอยไป โดยแรงดันของน้ำที่กระทำกับเขื่อนมาจากแรงดันของน้ำที่กระทำกับบานประตูแล้วบานประตูถ่ายแรงทั้งหมดให้แก่ตอม่อสองด้าน โดยที่ตอม่อจะถูกสร้างให้ยึดแน่นกับพื้นล่างของเขื่อน ซึ่งวางบนฐานรากเต็มลำน้ำ ดังนั้น ตอม่อทุกต้นและพื้นล่างของเขื่อนจึงต้องมีความหนาและขนาดให้ได้น้ำหนักรวมกันมากพอที่จะต้านแรงดันของน้ำดังกล่าวนั้นได้
เขื่อนระบายน้ำสามารถสร้างให้ทดน้ำได้สูง และทดน้ำได้ทุกระดับตามต้องการ นอกจากนี้ ในเวลาน้ำหลากมามากเต็มที่เขื่อนระบายน้ำยังสามารถระบายน้ำให้ผ่านไปได้ทันทีในปริมาณที่มากกว่าฝาย เมื่อเทียบกับฝายที่มีความยาวสำหรับให้น้ำเท่ากัน เขื่อนระบายน้ำส่วนใหญ่จึงมีราคาแพง แต่ก็มีความเหมาะสมดีสำหรับทุกสภาพภูมิประเทศ โดยเฉพาะลำน้ำในบริเวณทุ่งราบ เช่น ทุ่งราบภาคกลาง เป็นต้น
ในกรณีเมื่อยกบานประตูทุกบานขึ้นพ้นระดับน้ำ เพื่อระบายน้ำจำนวนมากที่สุดของลำน้ำให้ผ่านไป ปริมาณน้ำที่ไหลผ่านเขื่อนความกว้างของช่องระบายน้ำรวมกันทั้งหมด และความสูงของระดับน้ำด้านหน้าเขื่อนถึงธรณีของเขื่อนที่รับบานประตู จะมีความสัมพันธ์กันตามสูตรการไหลของน้ำข้ามสันฝายดังที่กล่าวมาแล้ว
