Bei der physikalischen Umwandlung von Energie, wie es bei der Stromgewinnung passiert, wird nie die gesamte Energie in die gewünschte Energieform umgewandelt. Ein gewisser Anteil wird in eine andere, nicht nutzbare Energieform umgewandelt, beispielsweise in Wärme. Wasserkraftturbinen wandeln etwa 80 – 95% der Bewegungsenergie des Wassers in elektrische Energie um – im Vergleich zu anderen Energieerzeugungstechnologien ist dies ein sehr hoher Wirkungsgrad.
Fossile Energieträger wie Gaskraftwerke und Kohlkraftwerke haben im Durchschnitt viel geringe Wirkungsgrade, jeweils etwa 50% und 45%. Dies liegt daran, dass die potenzielle Energie von fossilen Energieträgern zunächst über Verbrennung in Wärme umgewandelt werden muss, bevor aus der Wärme Strom erzeugt werden kann. Es benötigt also noch einen Zwischenschritt, bei dem wieder Verlusteffekte auftreten. Wärmeenergie ist sehr anfällig für Verluste, da Wärme immer eine gleichmäßige Verteilung anstrebt: kommt zum Beispiel warmer Wasserdampf mit kühlem Metall in Berührung, wird der Wasserdampf einen Teil seiner Energie übertragen und das Metall erwärmen – für die eigentliche Stromgewinnung steht danach weniger Energie zur Verfügung als ursprünglich dafür vorhanden war.
Andere erneuerbare Energien haben ebenfalls vergleichsweise niedrige Wirkungsgrade, bei Windkraftwerken beläuft sich dieser auf 40 – 50% und bei Photovoltaikanlagen auf 15 – 20%. Es muss jedoch beachtet werden, dass diese Technologien keine Ressourcen benötigen und dadurch auch keine Energie verschwendet wird, wie dies bei fossilen Kraftwerken, die mit endlichen Ressourcen betrieben werden, der Fall ist. Wasserkraft, Windkraft und Sonnenenergie sind schließlich natürliche Kräfte, die nie erschöpft werden.
