Sähkön tuottaminen tuulivoimalla tapahtuu tuuliturbiinin ja generaattorin avulla.
Tuulivoimala koostuu korkeasta tornista ja turbiinista, jossa on suuret lavat. Kun tuuli puhaltaa, turbiinin lavat pyörivät tuulen voimasta. Tämä pyörimisliike muuntaa tuulen liike-energian mekaaniseksi energiaksi. Pyörivä turbiini on kytketty generaattoriin, joka muuntaa mekaanisen energian sähköenergiaksi. Tämä sähkö siirretään sähköverkkoon ja edelleen kuluttajille.
Tuulivoiman tehokkuus riippuu tuulen nopeudesta, mutta saattaa pysähtyä kokonaan liian kovassa myrskyssä.
Tuulen nopeus kasvaa nopeasti, kun siirrytään ylemmäs ilmakehässä. Siksi tuulivoimaloiden tornit ovat korkeita, jotta ne voivat hyödyntää korkeammalla olevia, voimakkaampia tuulia. Tuulivoimalat saavuttavat nimellistehonsa, kun tuulennopeus on noin 10–15 metriä sekunnissa. Tämä tarkoittaa, että turbiini toimii optimaalisella teholla tuottaen mahdollisimman paljon sähköä näissä tuulennopeuksissa. Mikäli tuuli kuitenkin yltyy jopa 30 metriin sekunnissa, pysähtyy voimala itsestään välttääkseen rikkoutumista tai muita vahinkoja.