虽然水轮机和汽轮机及燃气轮机等热力涡轮机械同属于涡轮机械范畴，但不管是从叶轮的形状还是整体的结构来看，水轮机和另外两种机器存在显著差异，当然工作特性也有一些不同。

造成这些区别的主要原因在于，水轮机的工作水头主要由地形条件决定，一方面其能量头显著低于汽轮机，另一方面还存在较大的变化范围。而汽轮机及燃气轮机的工质的压力和温度是人为产生的，可在一定范围内进行控制。还有一个原因是液体通常属于不可压缩流体，并且其密度比气体大得多。

由于水轮机的能量头比较低，所以其转速也低。但液体的密度大，所以其功率密度并不比汽轮机低。与汽轮机相比，水轮机属于低速重载的机械设备。这一事实决定了二者的结构细节有相当多的不同。

同时也由于水轮机的能量头相对较低，因此水轮机通常无需制成多级结构，在实际工程中运用的水轮机基本都是单级的。单级的结构中设置调节机构比多级机组更便捷，所以水轮机具有很好的调节特性。

水轮机的水头在较大的范围内变化。为了适应从低到高不同的水头，水轮机转轮的叶片形状从轴流式经过混流式到切击式，呈现出相应的变化规律。这一点也与汽轮机及燃气轮机存在不同。