水电站进水口断面与下游尾水出口断面（装置冲击式水轮机的水电站则指喷嘴中心高程）之间的单位水体机械能之差。鉴于水电站上游、下游断面大气压强几乎相等，单位动能差也较小，实际计算时通常可以忽略，因此水电站水头可按上游、下游水位差计算，此即水能计算中采用的毛水头，又称落差。从毛水头中扣除水电站引水系统的水头损失后，即得到为计算水轮机出力用的净水头，即水轮机工作水头。水电站水头是水电站发电能力的基本因素之一。

水电站规划设计中常用的特征水头有：最大水头、平均水头、最小水头、加权平均水头和额定水头。前三者为毛水头，后二者为净水头。计量单位均为m。

最大水头

水电站正常工作期间上游最高库水位和相应的下游最低尾水位之差。上游最高库水位，对坝式水电站和混合式水电站是指水库的正常蓄水位（参见水库特征水位）；对有压力前池的引水式水电站是指压力前池的正常蓄水位。下游最低尾水位与水电站水库所承担的综合利用任务和发电负荷的情况有关，需根据上游最高库水位期间可能出现的最小发电负荷及灌溉、航运、供水所需的最小下泄流量确定。当无综合利用要求和缺少负荷资料时，机组台数少的水电站可按1/2台机组运行时的下泄流量确定；机组台数多的水电站，可根据一台机组满负荷运行时的下泄流量确定。

平均水头

计算水电站平均出力和发电量时所采用的各时段水头的算术平均值。粗略估算时，引水式水电站的平均水头由压力前池正常蓄水位和下游正常尾水位（参见水电站尾水位）之差确定；坝式水电站及混合式水电站，则由时段内与水库平均蓄水量对应的库水位和下游正常尾水位之差确定。

最小水头

上游最低库水位与相应的下游可能出现的最高尾水位之差。对于坝式水电站和混合式水电站，上游最低库水位，指考虑发电、防洪、航运和冲沙等综合利用要求所确定的水库设计死水位；对于引水式水电站，指压力前池的死水位。下游最高尾水位，是与上游最低库水位相应的下游最高尾水位，一般按水电站全部机组满载运行时的流量加其他部门要求同期下泄的流量确定。一般水电站水库在汛期要限制水位，上游最低水位往往在汛前出现，故低水头水电站的最小水头往往出现在宣泄洪水时。水电站下游最高尾水位，要按通过水电站设计洪水时相应的水电站尾水位来确定。

加权平均水头

针对水电站在较长运行期以出力和工作历时为加权因子的平均水头。如确定水轮机最优转速时所采用的加权平均水头（

式中，P_i为水电站某一计算时段的出力值，kW；H_i为水电站某一计算时段的水头，m；t_i为相应于P_i和H_i的运行小时数，h。

额定水头

为满足水轮发电机组发足额定出力，设计水轮机各项参数（转轮直径、转速、流量等）所采用的水头（过去称设计水头）。在水轮机各参数确定后，如实际运行水头小于额定水头，机组出力就达不到额定出力。额定水头需经过技术经济论证确定。