Bei einem Speicherkraftwerk wird das Wasser in einem Oberbecken gesammelt und zur Energiegewinnung in ein tiefer gelegenes Unterbecken abgelassen. Dabei wird die mechanische Energie des fließenden Wassers mit Hilfe von Turbinen in elektrische Energie umgewandelt.
Das Oberbecken kann natürlichen Ursprungs sein oder durch Aufstauen mit Hilfe einer Staumauer oder eines Staudamms entstehen. Es wird durch natürlichen Zufluss gespeist, jedoch werden oftmals zusätzlich Stollen zu den Einzugsgebieten anderer Flüsse errichtet, um den Zufluss zu erhöhen. Wird das Oberbecken zusätzlich oder ausschließlich durch Pumpwasser befüllt, spricht man von einem Pumpspeicherkraftwerk.
Abhängig vom Füll- und Entleerungsrhythmus unterscheidet man zwischen Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresspeichern.
Der große Vorteil von Speicherkraftwerken besteht darin, dass sie bei Bedarf binnen Minuten aktiviert werden können. Dabei ist die Leistungsabgabe flexibel regulierbar.