热力学法是将能量守恒原理应用在转轮与流经转轮的水流之间能量转换的一种方法。由于在机器基准断面测得的数值缺乏一致性等原因，限制了该方法的使用范围，故只有当水力比能超过1000J/kg（水头或扬程>100m）时才能使用该方法。在非常有利的条件下，其使用范围可扩大到较低水力比能（最低可至60m）。