衝動式と反動式
タービンの仕組みには、衝動式と反動式という2種類の方法があり、説明しようとすると非常に混乱する（時には完全に混同してしまう）ことが多い言葉です。
インパルスタービン
インパルスタービンでは、高速で動く流体が狭いノズルからタービンブレードに向かって発射され、ブレードを回転させます。 そのため、流体を受け止めて、斜めに流したり、時には来た道を戻したりします（その方が流体からタービンへのエネルギー伝達が最も効率的になるからです）。 インパルス・タービンでは、流体は高速でタービンに衝突するように強制されます。
このような車輪を回転させるために、パドルにサッカーボールを蹴り込むことを想像してください。 ボールが強く当たって、うまく跳ね返ってこないと、ホイールは回りません。 エネルギー保存の法則によれば、ボールが車輪に衝突するたびに車輪が得るエネルギーは、ボールが失うエネルギーと等しいので、ボールが跳ね返ってくるときには、よりゆっくりとした速度で移動することになります。 また、ニュートンの運動第二法則は、ボールが車輪に当たったときに車輪が得る運動量は、ボール自身が失う運動量と等しいことを教えている。 水車は設計が単純で、作りやすく、維持費が安い。特に、（反応タービンとは異なり）パイプやハウジングの中に収める必要がないからだ。 ペルトン水車は、衝動式タービンの一例である。 バルブ（緑）で制御された1つ以上の高圧水ジェット（青）が、水車の縁にあるバケツ（赤）に噴射されると回転する。 レスター・ペルトンはこのアイデアで1889年に特許を取得し、この図面はその特許から引用されています。 Lester Peltonによる水車、米国特許商標庁提供）
図面。 このような衝動的なタービンは、入ってくる液体がバケツに当たって再び跳ね返ってくるときに機能します。 バケットの形状や流体の当たり方によって、タービンが回収できるエネルギーは大きく変わります。
反応タービン
反応タービンでは、ブレードがより大量の流体の中に置かれ、流体が通過するときに回転する。 風力タービンは、おそらく反応タービンの最も身近な例でしょう。 水や蒸気が角度のついたブレードを通過して流れ、それらを押し、それらが取り付けられている中央のシャフトを回転させます。 Photo by Henry Price courtesy of US Department of Energy/National Renewable Energy Laboratory (DOE/NREL).
Artwork(アートワーク)…地熱発電所の典型的な反応タービン。 このようなリアクションタービンは、プロペラによく似ています。 主な違いは、このページの一番上にある蒸気タービンとガスタービンの写真でわかるように、タービンの羽根の数が多いことと（簡単のために4枚の羽根を描きました）、羽根が複数セット（多段）あることが多いことです。 フリースタイル（フロントクロール）で、両手をできるだけ前に出して泳ぎ、最後に「フォロースルー」で腕を後ろに回して泳ぐことを思い浮かべてください。 手と前腕をできるだけ長く水面に押し付け、1回のストロークでできるだけ多くのエネルギーを伝達することが目的です。 リアクションタービンは、これと逆の発想で、流れの速い水をイメージして、手足を動かし、体にエネルギーを供給するものです。 反動タービンでは、水がスムーズに羽根に触れるように、できるだけ長く、できるだけ多くのエネルギーを与えるようにします。 その代わり、ブレードはよりスムーズに動き、「流れに乗る」のです。
タービンは、流体が接触した点でのみエネルギーを取り込むので、同じサイズの衝動タービン（通常はブレードの1つか2つが一度に流体の通り道にあるだけなので）よりも反応タービン（複数のブレードすべてが同時に流体に触れる）の方が、潜在的に多くの電力を引き出します。
Types of reaction turbines
Some common designs of reaction turbines are:
- Wells- which looks much like a propeller, with airfoil-shaped blades turning around a horizontal axis.
- Francis-typically, with large V-shaped blades, often turning on a vertical axis inside a sort of the giant, spiral snail shell. マコーミック、カプラン、デリアスの水車は、基本的にフランシス設計の改良版である。 例えばウェルズは非常に高速に回転できるが、騒音も大きく、比較的効率が悪い。 フランシスはより静かで効率的で、深層水力発電ダム（高い「水頭」を持つもの）内部の機械的ストレスに対処するのに非常に優れていますが、速度が遅く、機械的に複雑です。 空中で作動させる場合、ダリアスのタービンは地面に近い（そのため、厄介なタワーが不要になる）ですが、それは風（地上より高いところではより速く吹く）を利用する効果が低いことを意味します。一般に、他のタービン設計よりも効率が悪く、不安定で（しばしばガイロープで固定しなければならない）、ほとんど商業的に使用されていません。
後ろ向きに考える
写真参照。 タービンとプロペラは全く逆の働きをする。 プロペラは流体（飛行機の場合は空気、船や潜水艦の場合は水）を動かすためにエネルギーを使い、タービンは動いている流体がその上を流れるときにエネルギーを利用する。 左：プロペラの写真（Tech. Sgt. Justin D. Pyle courtesy of US Air Force.
Photo: タービンブレードはプロペラブレードと似たような形状をしていますが、そこを流れる流体が非常に高温になることがあるため、一般的に高性能な合金で作られています。
風力タービンが巨大なプロペラと同じように見えることにお気づきでしょうか。 飛行機では、エンジンが高速でプロペラを回転させ、プロペラが後方に向かう空気のドラフトを作り、それが飛行機を前方に押し出す原動力となるのです。 プロペラでは、動く羽根が空気を動かしていますが、タービンでは、空気が羽根を動かしているのです。 ポンプでは、回転するパドルホイールで水を吸い込み、別のパイプから吐き出すことで、水（または別の液体）をある場所から別の場所に移動させることができます。 ポンプを分解してみると、内部のパドルホイール（インペラーと呼ばれる）が水車に非常によく似ていることがわかります。 ポンプがエネルギーを使って流体を動かすのに対し、タービンは動いている流体からエネルギーを取り出すという違いがあります。 例えば、蒸気タービンは高圧の蒸気を発生させるため、非常に速く回転する。 一方、電気を作る風力発電機は、主に安全上の理由から回転速度が遅く、大量のエネルギーを得るためには大きな風車が必要です。 ガスタービンは高温で動くため、耐性のある合金を使う必要があります。 水車は、川を堰き止め、迂回させてエネルギーを取り出すため、非常に大きなものが多い。
水車
写真は水車。 水は角度のついた羽根を通過して流れ、羽根を押し、羽根が取り付けられているシャフトを回転させます。 このシャフトが発電機を回転させ、電力を生み出します。写真提供：米国干拓局
水車は、2000年以上前の古代ギリシャの時代からあり、水車の原型となったものです。 水力発電の基本的な考え方は、川をせき止めてそのエネルギーを利用することです。 丘や山の源から海に向かって自由に流れ落ちる川を、ヘッドと呼ばれる高さで落下させて速度を上げ（位置エネルギーを運動エネルギーに変換）、ペンストックと呼ばれるパイプを通してタービンと発電機に流すのである。 水力発電は、事実上、3段階のエネルギー変換である。
- 動いている水の運動エネルギーは、水車によって機械的エネルギーに変換されます。
水車の種類は、地域の地形、利用可能な水の量（流量）、落下させることができる距離（揚程）によって異なります。いくつかの水力発電所はバケット状の衝動タービン（通常はペルトン車輪）を使用しますが、フランシス、カプラン、デリアエズ反応タービンを使用するものもあります。 ペルトン水車のような衝動水車は、完全に外気に触れることができるため、水車に当たるウォータージェットを実際に見ることができる場合もある。 一方、フランシス水車のような反応水車は、水が流れる水路の中に完全に閉じ込めなければなりません。 このため、水力発電所では、同じ大きさの衝動式水車よりも反動式水車の方が大きな電力を生み出すことができるのです。 ペルトン水車。 水流は「スプリッター」（バケツが真ん中で結合している部分）に当たって、2つのジェットに分かれて左右にきれいに出ていくことに注目してください。 Photo by Benjamin F. Pearson courtesy of Historic American Buildings Survey/Historic American Engineering Record, US Library of Congress.
風力タービン
これらは、風力タービンに関する別の記事でより詳しく取り上げています。 ローターブレードの直径は約15mで、大きな掃引力で最大225kW（キロワット）のエネルギーを取り込みます。
蒸気タービン
蒸気タービンは、18世紀と19世紀に世界を変えた蒸気機関より発展してきました。 蒸気機関は、石炭を直火で燃やし、その熱を放出します。 その熱で水を沸騰させて蒸気を作り、シリンダーの中のピストンを押して、鉄道機関車などの機械を動かす。 この方法は、さまざまな理由から非常に非効率（エネルギーを浪費すること）です。 より良いデザインは、蒸気をタービンの羽根に通して、プロペラのように回転させながら機械を動かすものです。
蒸気タービンは、イギリスのエンジニア、チャールズ・パーソンズ（1854-1931）によって開拓され、1889年にタービニアという有名な高速モーターボートを動かすために使用されました。 それ以来、様々な用途に利用されています。 ほとんどの発電所では、蒸気タービンを使って電気を作っています。 石炭火力発電所では、炉で燃やした石炭で水を温めて蒸気をつくり、発電機につながった高速のタービンを回して電気をつくります。
水車や風車が液体や気体の流れの中に1つの回転するタービンを設置するのに対して、蒸気タービンは閉管内に複数のタービン（それぞれステージと呼ばれる）を順番に並べて設置するもので、実質的には1つのパイプで構成されている。 蒸気がパイプに入ると、各ステージを順番に通過していき、徐々にエネルギーを取り出していきます。 やかんが沸騰しているのを見たことがある人は、蒸気がノズルを通ると非常に速く膨張して動くことをご存知だろう。 そのため、蒸気タービンは風力や水力よりも何倍も速い速度で回転するのです。
詳しくは、蒸気タービンのメイン記事でご覧ください。 高効率発電所用に製作されたガスタービンの試作機。 金属の車輪はそれぞれ独立したタービン段で、高速のガスからもう少し多くのエネルギーを取り出すように設計されている。 機械の真ん中に座っている白い服を着た小人を見れば、このタービンがいかに大きいかがわかるだろう。
ガスタービン
飛行機のジェットエンジンは、複数のステージを持っているという点で、蒸気タービンに少し似ています。 そのため、「震災が起きたらどうしよう」という心配もありますが、「震災が起きたらどうしよう」という心配はありません。 ガスタービン・エンジンは、現代の鉄道機関車や産業機械にも使われています。詳しくは、ジェットエンジンの記事をご覧ください。