由于电力的使用较晚，早期的风车仅将风能直接转化成机械动力。19世纪末，美国电力工业奠基人查尔斯F．布拉什建造了世界上第一台风力发电装置，其叶轮直径达17米，有144个叶片。这台风力发电机功率为12千瓦，用于为蓄电池充电。几乎同一时期，丹麦气象学家保罗·拉·库尔和苏格兰科学家詹姆斯·布莱斯也在研究风力发电与电力存储技术，并相继建成了风电机组，这些早期风力发电机是风能发电的开端。受限于当时的技术水平和市场需求，之后几十年仅有丹麦发展了一些小型直流风电机，直到20世纪50年代，在丹麦建成了200千瓦的Gedser风力发电机，风车才真正步入发电时代。
用于发电的风车主要有两类典型结构：一种是垂直轴设计方案，所谓垂直轴指风机叶片转动轴，既垂直于地面也垂直于风吹来的方向，中国古代的帆式风车基本属于这种设计。其优点是结构简单，便于维修，易于小型化且与建筑相容性好，对风向无要求，八面来风皆可驱动；缺点是效率难以提升，启动及速度控制较难。另一种常见的设计是水平轴风机，著名的荷兰风车就属于这种流派，中国流传已久的走马灯也是利用了水平轴风机的原理制造的。水平轴风机是世界主流机型，这种结构的风机转轴方向与风向一致，风能利用效率较高，特别适合设计成大型风机，人们日常见到的风电设施大部分都是水平轴风力发电机。
风机要实现动能的提取，叶片的作用最为重要。按照叶片转动的驱动方式，风机可以分为阻力型风机和升力型风机，并由此又衍生出慢速比风机和快速比风机，这些不同的分类就在于风机叶片的工作原理与状态不同。
风机叶尖速比：风轮叶片尖端线速度与风速之比称为叶尖速比，是用来表述风电机特性的一个十分重要的参数。叶片越长，或者叶片转速越快，同风速下的叶尖速比就越大。慢速比风机叶尖速比小于2．5，快速比风机叶尖速比为2．5～15。
最初的风机都是以阻力型为主，其叶片形状宽大平展，主要目的是为了增加受风面积，从而增加提取能量的总量。这类风机提取能量的方式，相当于通过阻挡风的流动而截取风的能量，故称阻力型风机。这类风机叶片可以用轻便结实的帆布制作，为了保持受风面平展，可以将帆布固定在硬质支架上面。日常所见的荷兰风车，叶片有的像木梳一样有好多细齿，有的则像渔网一样分成好多小格子，都是没有加装帆布的叶片支架，真正运行的时候都要用帆布蒙在支架上才能获取能量。这类风机的驱动力是斜向阻挡气流时形成的侧向分力，当叶片转动速度逐渐加快时，相当于面对来风时不停地退缩，叶片转动越快退缩就越快，造成驱动转动的力量越来越小，所以这种风机的转速是不可能太快的，通常这类风机都属于慢速比风机。
为了提高风机的能量效率，人们发明了升力型叶片。这种叶片利用气流掠过叶片时，形成的垂直于气流和叶片的升力推动叶片绕轴转动。由于升力型叶片不易发生驱动力减小的现象，所以可以转得很快，常见的三叶片升力型风机其叶尖速比通常为6，而阻力型的荷兰风车的叶尖速比只有2。当然叶尖速比的提高并不完全靠快速转动，为了增强叶片转动的驱动力，还可以采用加长叶片的办法，大型风机的叶片长度已超过100米，转动的力量非常大，可以带动更高功率的发电机。升力型叶片获取风能的能力比阻力型叶片强得多，以升力型叶片构建的风机能量效率可以达到45％～55％，而阻力型叶片构建的风机效率仅能达到30％～35％。
为了更好地收集风能和避免损坏，升力型叶片都是设计成细长的造型。数十米甚至上百米的叶片对材料的要求十分苛刻，只有采用复合材料才能制造出符合风机运行要求的叶片。一般而言，叶片的制造至少需要三种材料：一是骨架材料，通常使用玻璃纤维或碳纤维等高强度材料满足叶片支撑要求；二是形体材料，要求表面光滑，易于成形而又不易变形，通常使用树脂类材料，既易于成形又轻便牢固；三是辅助材料，通过不同功能的辅助材料使叶片成为耐用的整体。目前复合材料风机叶片有四大工艺，分别是空腹薄壁填充泡沫结构合模工艺、闭模真空浸渗工艺、拉挤工艺以及缠绕工艺。
每个风电塔的叶片数量也是需要重点考虑的问题，一叶与两叶结构转速较高，能量效率并不太差，但平衡稳定性不好，器件易在失衡的振动中损坏。四叶以上的结构通常是阻力型风机，为增加受风面积而形成的专门设计，不适合快速比风机的场景。因此统筹考虑风机的效率、成本和安全，大型风力发电机通常会选择三叶片结构，这种结构综合性能最好，既满足了风能利用率，又保证了转动的平衡性和稳定性。
除了叶片和转轴，一个完整的风机还需要配置基座、塔架、机舱、轮毂、齿轮变速箱、发电机以及一些控制与操作系统等部件。根据叶片的设计，匹配合适的其他部件，就构成可以发电的风力发电塔。