水电站的电气系统一般可分为水轮发电机、发电机电压设备、主变压器、高压配电设备、辅助电力系统、接地系统等几部分，如下图实线框所示。
水力发电机和主电线就像电力系统的心脏和主动脉。水力发电机将水轮机输出的旋转机械能转化为电能，是水电站输出电能的来源。大型水轮发电机的效率一般可达98%左右。目前，我国在运行的水力发电机最大容量为889MVA。电气主接线是将水轮发电机、发电机电压设备、主变压器、高压配电装置、电力系统等以适当的方式连接起来，实现电能的输送、升压、收集、分配、发送等功能。
发电机电压设备将水轮发电机产生的电能传输给主变压器。回流具有高电压、大电流的特点。机组的辅助电力系统和励磁装置一般从这里连接到电源。目前，已投入运行的水电站发电机电压水平达到24kV。考虑到水电站的参峰和机组的频繁切换等因素，常在水轮发电机的出口安装发电机组断路器。大容量机组发电机电压回路的连接导体通常为闭合母线。
主变压器是发电机电压设备和高压配电装置的连接点。提高发电机电压至输电电压，降低输电电流，从而有效降低电网的输电损耗和材料成本。一般情况下，装机容量越大，传输距离越长，传输电压越高。目前，我国水电站的输电电压水平高达750kV。
高压配电装置是用来收集主变压器发出的电能，通过输出场送至电力系统。主要包括开式配电装置、气体绝缘金属封闭开关装置(GIS)和混合配电装置三种类型。由于水电站大多位于高山峡谷地区，高压配电装置的布置往往受到限制。因此，可靠性最高、布局最紧凑、成本较高的GIS已成为我国水电站高压配电装置的首选。水电站高压出线一般采用高压电力电缆或气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)。
电厂电力系统从机组、电网等获得电力，并根据电力设施的需要向电厂机组运行、照明、公用设备、坝区电力设备等负荷(点)提供电力。接地系统用于保证水电站电气系统的正常运行和人员、设备的安全。目前，水电站的接地系统充分利用水库水、水下钢结构和自然接地体来降低接地电阻。辅助电力系统和接地系统是水电站安全、可靠和经济运行的重要保证。它们的设备和线路广泛分布在水电站的各个部位。
