現代風力發電機采用空氣動力學原理，就像飛機的機翼一樣。風并非 " 推 " 動葉輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產生升力，令葉輪旋轉并不斷橫切風流。風力發電機的葉輪并不能提取風的所有功率。根據 Betz 定律，理論上風電機能夠提取的最大功率，是風的功率的 59.6% 。大多數風電機只能提取風的功率的40%或者更少。
風力發電機主要包含三部分∶葉輪、機艙和塔架。大型與電網接駁的風力發電機的最常見的結構，是橫軸式三葉片葉輪，并安裝在直立管狀塔桿上。葉輪葉片由復合材料制造。不像小型風力發電機，大型風電機的葉輪轉動相當慢。比較簡單的風力發電機是采用固定速度的。通常采用兩個不同的速度 - 在弱風下用低速和在強風下用高速。這些定速風電機的感應式異步發電機能夠直接發產生電網頻率的交流電 。 比較新型的設計一般是可變速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦風電機轉速為每分鐘 14 轉到每分鐘 31.4轉）。利用 可 變速操作，葉輪的空氣動力效率可以得到改善，從而提取更多的能量，而且在弱風情況下噪音更低。因此，變速的風電機設計比起定速風電機，越來越受歡迎。
機艙上安裝的感測器探測風向，透過轉向機械裝置令機艙和葉輪自動轉向，面向來風。葉輪的旋轉運動通過齒輪變速箱傳送到機艙內的發電機（如果沒有齒輪變速箱則直接傳送到發電機）。在風電工業中， 配有變速箱的風力發電機是很普遍的。不過，為風電機而設 計的多極 直接驅動式發電機，也有顯著的發展。設於塔底的變壓器（或者有些設於機艙內 ） 可提升發電機的電壓到配電網電壓（香港的情況為11千伏） 。
所有風力發電機的功率輸出是隨著風力而變的。強風下最常見的兩種限制功率輸出的方法（從而限制葉輪所承受壓力）是失速調節和斜角調節。使用失速調節的風電機，超過額定風 速的強風會導致通過葉片的氣流產生擾流，令葉輪失速。當風力過強時，葉片尾部制動裝置 會動作，令葉輪剎車。使用斜角調節的風電機，每片葉片能夠以縱向為軸而旋轉，葉片角度隨著風速不同而轉變，從而改變葉輪的空氣動力性能。當風力過強時，葉片轉動至迎氣邊緣 面向來風，從而令葉輪剎車。葉片中嵌入了避雷條，當葉片遭到雷擊時，可將閃電中的電流引導到地下去。
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