La turbine Francis est une machine à réaction, ce qui signifie que la pression à l'entrée de la roue est supérieure à la pression de sortie de la roue.

Les turbines Francis sont utilisées pour de moyennes chutes et peuvent développer des puissances très importantes.

La turbine à réaction est une turbine immergée qui transforme à la fois la vitesse de l'eau (énergie cinétique) et une différence de pression.

Dans ce sens, elle utilise à la fois un principe réaction et un principe impulsion.

La partie réaction représente la partie où la pression statique du fluide est transmise à la roue alors que la partie impulsion correspond à la partie où l'énergie cinétique du fluide est transmisse à la roue.

La turbine Francis est utilisée dans de nombreuses installations hydroélectriques du Québec comme celle de la Centrale de la Grande 4, qui utilise 9 turbines Francis pour une puissance totale de 2 779 MW.

Le principe de fonctionnement d'une turbine Francis est le suivant : l'eau entre en premier dans la volute (aussi appelée bâche spirale). Elle circule dans l'avant-distributeur à aubes fixes puis à travers un cercle de vannage à aubes mobiles où la section de passage peut être variée selon le débit désiré.

Le distributeur a donc deux fonctions :

• Donner au filet d'eau une direction convenable à l'entrée de la roue, afin d'éviter les chocs;
  
  
• Régler le débit.

L'eau pénètre ensuite dans la roue de manière radiale puis est évacuée axialement dans l'évacuateur. La fonction de ce dernier est de ramener la pression du fluide à la pression extérieure et de récupérer une grande partie de l'énergie cinétique encore existante à la sortie de la roue.