Die Pelton-Turbine wurde vom amerikanischen Ingenieur Lester Pelton im Jahr 1879 konstruiert und nutzt als so genannte „Freistrahlturbine” die kinetische Energie des aufgestauten Wassers. Das Wasser strömt mit hoher Geschwindigkeit aus einer oder mehreren Düsen auf die Schaufeln des Laufrades der Pelton-Turbine. Vor dem Austritt aus der Düse hat das Wasser einen Druck von bis zu 200 bar. Im Strahl selbst herrscht normaler Atmosphärendruck. Das bedeutet, die Düse wandelt die potenzielle Energie des Wassers vollständig in kinetische Energie um. Die höchste Düsenzahl einer Pelton-Turbine ist sechs, im allgmeinen werden diese als mehrdüsige Pelton-Turbinen bezeichnet. Die Zuteilung des Wassers auf die einzelnen Düsen erfolgt eine eine Einlaufspirale, um die Düsen gleichmäßig zu beaufschlagen. Die Spirale ist im kleinen Maßstab nach dem gleichen Prinzip wie die Einlaufspriale der Kaplan-Turbine und Francis-Turbinen aufgebaut. Am Laufrad selbst ändert sich der Druck nicht mehr. Die Pelton-Turbine ist der Familie der Gleichdruckturbine zuzuordnen, wie auch die Gleichström-Turbinen. Jedes der bis zu 40 Schaufelblätter ist in zwei Halbschaufeln geteilt, allgmein bezeichnet als „Becher“. In der Mitte der Becher trifft der aus den Düsen kommende Wasserstrahl tangential auf und übergibt seine kinetische Energie durch Impulsaustausch an das becherbestückte Laufrad. Die Becher leiten das Wasser in die entgegengesetze Richtung um. Der Betriebsbereich einer Pelton-Turbine kann im Groben zwischen 200 bis 1.200m Fallhöhe und Durchfluss Q von bis zu 20 m³/s liegen. Die Drehzahlen der Maschinen betragen bis zu zu 3.000 Umdrehungen pro Minute. Bei einer Fallhöhe von z.B. 1.000 m erreicht der Wasserstrahl eine Geschwindigkeit von nahezu 500 km/h. Der Wirkungsgrad der Pelton-Turbine liegt bei 85 Prozent bis 90 Prozent und weist auch einen recht gutes Verhalten im Teillast-Betrieb auf. Das hauptsächliche Einsatzgebiet sind Wasserkraftwerke mit Fallhöhen bis zu 2.000 m bei geringen Wassermengen.