Круговорот воды в природе происходит благодаря активности Cолнца, в результате чего вода испаряется из океанов, морей и других водных поверхностей, формирует тучи, выпадает в виде дождя или снега и попадает назад в океан. Энергия этого круговорота, движимого Солнцем, наиболее эффективно используется в гидроэнергетике. Использование воды для получения механической энергии - достаточно старая практика. Струя воды приводит в движение лопасти и может вращать их со скоростью, необходимой для производства электроэнергии. Количество энергии, вырабатываемой за счет воды, определяется перепадом высот.
К другим методам применения энергии воды относится использование энергии волн, приливов и отливов, а также разности температур воды в океане. Волны - непосредственный результат действия ветра, который возникает благодаря неравномерному нагреву земли и воды Солнцем. Из нескольких типов гидроэнергии, только происхождение приливов не связано с Солнцем. Гравитационное поле Луны является причиной приливов, величина которых зависит от широты и географии места.
В целом, энергия, заключённая в круговороте воды и морских волнах огромна, но использование этой энергии является достаточно трудным. Наиболее распространённым методом применения энергии воды является традиционная гидроэнергетика, т.е. технология, позволяющая производить электроэнергию за счет падающей воды. К принципиальным преимуществам гидроэнергетики можно отнести способность к быстрому восстановлению собственных ресурсов, отсутствие загрязняющих выбросов в атмосферу, возможность быстро регулировать нагрузку в сети, низкая стоимость процесса производства электроэнергии. В ходе выполнения гидроэнергетических проектов также осуществляется рекреация воды в резервуарах или отводящих каналах, расположенных ниже дамб. К недостаткам большой гидроэнергетики относятся большие капиталовложения в строительство гидроэлектростанций (ГЭС), а также вред, который наносится окружающей среде в процессе строительства и эксплуатации ГЭС.