风能是动能，可以推动风机叶片转起来，同时带动发电机转子一起运动，转子内部缠绕的线圈在定子磁铁的磁场中不停地切割磁力线，形成源源不断的电流。所以，风电与水电、汽轮机发电的原理都是相同的，都是以外力推动转子在磁场中运动得到电流。
然而，风与水和蒸汽不同，它“风流”成性，没有办法保持基本恒定。有时候像暴躁的孩子，莫名其妙地爆发一阵子，吹得飞沙走石、日月无光；有时候又像慈祥的婆婆，轻柔地摇动着小宝宝，细微而绵长。风的这种特点给风力发电机的设计和运行带来了许多麻烦。
风力发电机设计最先要考虑的是定向问题，因为即使是在风口区域，也不能保证风吹来的方向完全不变，如果风力发电机固定在某个位置后不能自动调整叶片转动的朝向，只能朝向某一方向，则来自其他方向的风就无法利用，这就需要根据风向调整叶片转动的朝向。调整叶片转动朝向有两类方法，一种是借助风力的被动式机械调整，另一种是测试风向后以电动装置主动调整。被动调整的原理很简单，在叶片转动平面的背面法线方向，加装方向舵就可以保证风力电机的正面朝向风的来向，也可以将叶片与尾舵功能合并设计。
被动式调整装置结构简单，运转灵活，成本低，特别适合小型风力发电机配置，但抗干扰能力差，不适合大型风力发电机的控制。
主动式调整装置较为复杂，包括风向与风力测定模块、决策与控制模块、动力模块、制动与固定模块等部分。各模块功能通过系统组合形成控制叶片朝向的管理体系，确保风力发电机充分利用各个方向的来风。
风力发电还需要重点考虑风力变化问题，与水力和蒸汽发电不同，风力的大小无法人为控制，这就要求风力发电机要具备在不同风力条件下正常发电的能力。由于风力的大小和方向经常变化，造成叶片转速不稳定且转速较低，这种运动状况是不适合进行发电的。为了解决转速问题，通常需要在发电机转子之前，附加一个把转速提升到发电机额定转速的齿轮变速箱和一个调速装置使转速保持稳定。叶片被风力带动得到各种转速，经过提速和定速之后，才把能量传递给发电机，使发电装置均匀运转，风力就源源不断地转变为电力。
风力时刻在变化，虽然已经有了调速装置，但仍然不能保证发电机转速完全恒定在一个数值，故风力发电机输出的是电压为13～25伏的交流电。这种波动性电力无法直接使用，需要进行整流处理。另外，考虑到风力经常中断，为了保证电力的持续输出，需要在输出之前设置缓冲功能，通常利用储能装置实现缓冲。具体过程是先将风力发电机产生的电能变成化学能储存在储能电池中，然后用配置保护电路的逆变电源，把储能电池里的化学能转变成稳定的220伏交流市电，再平稳地输出给用户。
由于风力发电机得到的电力并不能直接上传到电网，所以发电功率与输出电力的功率并没有必然联系。也就是说，风力发电的输出功率并不完全由风力发电机的功率决定。事实上，在许多情况下大功率的风力发电机的发电效率，还不如小功率的风力发电机。这是因为小功率的风力发电机更容易被小风带动而发电，被持续的小风带动的小功率风力发电机会将源源不断的电力储存起来，长期积累之下，所获得的电力会比一时狂风带动的大型发电机更多。
因此，风力发电机的运转与否，并不代表当时是否正在输出电力，即使无风时人们还是能够正常使用风力带来的电能，储能与发电的合理配置使风力得到充分的利用，为人们提供了可靠的能量供应。