โครงการพลังงานหมุนเวียนเป็นโครงการที่มุ่งสร้างพลังงานอย่างยั่งยืนโดยไม่ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรธรรมชาติที่หมดไปเช่นเชื้อเพลิงฟอสซิล พลังงานนิวเคลียร์ไม่ถือว่ายั่งยืนเนื่องจากต้องมีการขุดหาแร่ยูเรเนียมที่ไม่หมุนเวียน โครงการพลังงานทดแทนใช้แหล่งพลังงานที่หลากหลายซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก: แสง, ความร้อน, การเคลื่อนไหวและสารเคมี พลังงานแสงอาทิตย์เป็นตัวอย่างของแสงเป็นแหล่งพลังงาน พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นตัวอย่างของความร้อนเป็นแหล่งพลังงาน พลังน้ำพลังลมคลื่นและพลังคลื่นเป็นตัวอย่างของพลังงานจลน์หรือพลังงานของการเคลื่อนที่ และชีวมวลและพลังงานเชื้อเพลิงชีวภาพเป็นตัวอย่างของพลังงานเคมีหรือพลังงานที่ถูกล็อคในสารประกอบทางเคมีที่สามารถปล่อยออกมาจากการเผาไหม้
แม้ว่าความร้อนสามารถนำไปใช้กับอาคารความร้อนได้โดยตรง แต่เป้าหมายปกติของโครงการพลังงานหมุนเวียนคือการผลิตกระแสไฟฟ้า พลังงานแสงอาทิตย์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านโฟโตอิเล็กทริกโดยที่สารบางอย่างผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับแสง แต่ไฟฟ้าส่วนใหญ่สร้างขึ้นโดยใช้กังหันที่อาจถูกขับเคลื่อนด้วยไอน้ำที่ผลิตโดยแหล่งความร้อนตามธรรมชาติหรือโดยตรงจากแหล่งพลังงานจลน์ เชื้อเพลิงชีวภาพอาจถูกนำไปใช้กับรถยนต์พลังงานโดยตรงเป็นทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล
ความกังวลเกี่ยวกับความอ่อนเพลียของแหล่งพลังงานที่ไม่หมุนเวียนได้นำไปสู่การดำเนินโครงการพลังงานหมุนเวียนอย่างกว้างขวาง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมลภาวะและความปลอดภัยของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ยังเป็นข้อกังวลที่มีส่วนในการค้นหาพลังงานทดแทน การวิจัยจำนวนมากได้ทำการค้นหาวิธีที่มีประสิทธิภาพและประหยัดต้นทุนในการใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน
พลังงานแสงอาทิตย์สามารถควบคุมได้ในสองวิธีหลัก เซลล์แสงอาทิตย์มักเรียกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรงและสามารถจัดกลุ่มเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่สร้างพลังงานจำนวนมาก เหล่านี้สามารถใช้ในขนาดเล็กเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับบ้านหรือในอาร์เรย์ที่กว้างขวางสำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่
วิธีการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์อีกวิธีหนึ่งคือการใช้กระจกสะท้อนพลังงานของดวงอาทิตย์ไปยังเป้าหมาย สิ่งนี้สร้างความร้อนเพื่อขับเคลื่อนโรงไฟฟ้าที่อาจผลิตไอน้ำเพื่อขับกังหันหรือใช้การขยายตัวของก๊าซร้อนเพื่อขับลูกสูบ หรือในขนาดที่เล็กกว่าความร้อนสามารถนำมาใช้โดยตรงเพื่อให้น้ำร้อนหรือสำหรับการปรุงอาหาร
โครงการพลังงานหมุนเวียนที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพจะใช้ความร้อนที่เกิดขึ้นในแกนกลางของโลกเป็นแหล่งพลังงาน มันจะไม่หมดสำหรับพันล้านปีดังนั้นจึงถือได้ว่าเป็นพลังงานทดแทน โครงการพลังงานทางเลือกอาจใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพโดยใช้น้ำร้อนธรรมชาติใกล้พื้นผิวเพื่อสร้างความร้อนหรือโดยการสูบน้ำเข้าสู่แหล่งความร้อนใต้ดินลึกแปลงเป็นไอน้ำเพื่อกังหันพลังงาน
โครงการไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ใช้ประโยชน์จากพลังงานที่มีศักยภาพของแหล่งน้ำที่มีระดับสูงโดยใช้การไหลของแรงโน้มถ่วงที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำเพื่อขับเคลื่อนกังหัน โครงการเหล่านี้ต้องการภูมิประเทศที่เหมาะสมและปริมาณน้ำผิวดินที่สำคัญและโครงการไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่มีส่วนร่วมในการสร้างเขื่อนและการท่วมพื้นที่ของแผ่นดิน โครงการขนาดเล็กที่เกี่ยวข้องกับน้ำไหลจากแม่น้ำก็ถูกนำไปใช้เช่นกัน
พลังงานลมถูกควบคุมโดยใช้กังหันลม โดยทั่วไปแล้วประกอบด้วยใบมีดสามใบที่ติดตั้งอยู่บนเสาโลหะ การหมุนของใบมีดขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กังหันลมสามารถติดตั้งแยกต่างหากเพื่อให้พลังงานสำหรับอาคาร แต่สำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่จะต้องติดตั้งเป็นจำนวนมากเพื่อสร้าง "ฟาร์มลม" ซึ่งครอบคลุมพื้นที่กว้างขวาง
โครงการพลังงานทดแทนบนพื้นฐานของคลื่นและพลังงานคลื่นสร้างกระแสไฟฟ้าโดยใช้การเคลื่อนที่ของน้ำทะเล เครื่องกำเนิดพลังงานคลื่นใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่ของคลื่นทะเลและพึ่งพาการแปลงการเคลื่อนที่ของคลื่นเป็นการเคลื่อนไหวแบบหมุน สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้จากพืชบนฝั่งที่ใช้คลื่นขาเข้าเพื่อบังคับอากาศผ่านห้องเข้าไปในกังหันหรือโครงสร้างนอกชายฝั่งที่จับพลังงานจลน์ของคลื่นและใช้เพื่อสูบของเหลวไปยังพืชบนฝั่ง มีการออกแบบมากมายหลายอันบางอันเกี่ยวข้องกับท่อที่มีความยืดหยุ่นและยาวซึ่งลอยอยู่บนพื้นผิวและบางอันเกี่ยวข้องกับอุปสรรคแบบบานพับซึ่งเคลื่อนที่ไปข้างหลังและไปข้างหน้า
พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสามารถจับได้โดยใช้เขื่อนที่ทำหน้าที่เหมือนเขื่อนข้ามแม่น้ำปากแม่น้ำ น้ำจากกระแสน้ำที่ไหลเข้าหรือไหลออกถูกบังคับผ่านอุโมงค์เพื่อขับกังหัน แม้ว่าศักยภาพในการสร้างพลังงานจะมีมาก แต่เขื่อนน้ำขึ้นน้ำลงสร้างกระแสไฟฟ้าเฉพาะเมื่อกระแสน้ำไหลและอาจทำลายระบบนิเวศปากแม่น้ำที่บอบบาง
โครงการพลังงานทดแทนชีวมวลใช้พลังงานเคมีที่ถูกล็อคในวัสดุอินทรีย์ โครงการเหล่านี้อาจใช้ชีวมวลโดยตรงโดยการเผาขยะเกษตรหรือใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงทางเลือกเช่นเอทานอลจากการหมักอ้อยหรือมีเธนจากน้ำเสียและของเสียจากสัตว์ แม้ว่าทรัพยากรเหล่านี้จะหมุนเวียนได้ แต่เชื้อเพลิงชีวภาพผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงฟอสซิลดังนั้นหลายคนเชื่อว่ามีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
