L’eau est une source d’énergie mécanique. Quant elle dévale les pentes, elle développe en effet une très grande puissance. Il suffit pour s’en convaincre de mettre la main dans un cours d’eau et de chercher à l’y maintenir : pour y parvenir, il faut développer une force capable de résister à la force d’entraînement du courant.
L’eau courante peut donc faire tourner la roue d’un moulin à eau. Ceux-ci ont été inventés par les Romains et la force de l’eau a donc été mise à profit très tôt. Cet usage a pris une dimension industrielle au Moyen ge, qui en a vu fleurir des quantités au fil des eaux. Aujourd’hui, ils ont cédé la place aux centrales hydroélectriques dont les énormes turbines sont couplées à des alternateurs qui permettent de transformer l’énergie mécanique développée par les turbines en énergie électrique.
Il existe deux types de centrales. Dans les régions de montagne, de grands barrages-réservoirs sont construits desquels partent des conduites forcées qui font chuter l’eau jusqu’aux centrales situées en contrebas. Dans les plaines, ce sont de petits barrages de dérivation qui fournissent l’eau aux centrales installées le long des rivières. Ces barrages permettent de mieux capter la force de l’eau et d’en réguler le débit. Il est ainsi possible d’ajuster à la demande la quantité d’électricité fournie au réseau. Ils permettent aussi de lutter contre les inondations, et les eaux qu’ils retiennent peuvent être utilisées pour l’irrigation ou l'approvisionnement des centres urbains.
L’usage de cette forme d’énergie n’est pas très répandu dans le monde car il demande d’importants investissements. Il s’est surtout développé dans les régions de hautes et de moyennes montagnes, au Canada, en Scandinavie et en Afrique.
L’eau courante est une source d’énergie dite renouvelable car on peut en user dans risque d’épuisement, l’eau des cours d’eau étant en permanence renouvelée (voir le chapitre Cycle de l'eau et réservoirs). Cet usage de l’eau a en outre ceci de particulier et d’avantageux qu’il n’est pas consommateur d’eau. Il nécessite cependant l’édification de barrages qui sont l’objet de nombreuses controverses en raison d’inconvénients que d’aucuns jugent majeurs (voir le chapitre Dégradations).

L’eau peut également être une source d’énergie thermique. En effet, grâce à la chaleur permanente de la croûte terrestre, l’eau des aquifères situés à de très grandes profondeurs est chaude. Or, il est possible aujourd’hui de pomper cette eau chaude pour la ramener en surface.
Dans les nappes profondes des bassins sédimentaires, comme celle du Bassin Parisien, où la température de l’eau ne dépasse pas 150°Celsius, cette eau chaude peut être utilisée pour le chauffage des habitations. Mais intransportable sur de longues distances, elle doit être utilisée à proximité des points de forage. Aujourd’hui, cette source d’énergie est encore peu exploitée, malgré un regain d’intérêt en France dans les années 1980, suscité par les deux crises pétrolières des années 1970 qui incitaient à diversifier les sources d’énergie.
La température de l’eau peut en revanche dépasser 150°Celsius dans les nappes des régions volcaniques, où elle jaillit sous forme de geysers. Il est alors possible de l’exploiter pour faire tourner les turbines d’une centrale thermique et produire de l’électricité. Ce type d’énergie est principalement exploité aux États-Unis, aux Philippines et au Mexique où l’on trouve de telles nappes.