Francisova turbina je vodno kolo, ki izkorišča energijo tekoče vode in jo pretvori v elektriko. Je reakcijska turbina z notranjim tokom, znana tudi kot turbina z radialnim tokom. To pomeni, da voda teče z zunanje strani kolesa skozi vodilne lopatice, ki jo usmerjajo proti sredini kolesa, kjer izstopi iz stroja. Ko voda teče, obrača tekač turbine, osrednji cilinder s povprečno devetimi do 19 ukrivljenimi naperami, podobnimi rezilu. To gibanje se preko gredi prenaša na generator, kjer se energija vode pretvori v električno.
Stroj je leta 1849 izumil ameriški znanstvenik James Francis, po katerem je stroj tudi poimenovan. Izvedel je obsežne poskuse pri načrtovanju vodnih turbin. Njegove ugotovitve so mu omogočile, da je izboljšal obstoječo reakcijsko turbino z notranjim tokom in povečal njeno učinkovitost na več kot 90%. Je najučinkovitejša vodna turbina na svetu in je tudi najbolj razširjena.
Francisova modifikacija standardne zasnove turbine je uporabila spreminjanje vodnega tlaka in zakon o ohranitvi kotne količine. Voda vstopi v turbino iz visokotlačnega vira in teče skozi spiralo s postopno padajočim polmerom, kar povzroči, da se njen tlak in kotni moment znižata, njena hitrost pa se poveča. Voda, ki se hitro giblje, vrti tekač z vedno večjo silo, ko se približuje njegovemu središču, pri čemer zajame vodno energijo z malo odpadkov. Voda nato izstopi iz tekača in izstopi skozi cev, ki je zasnovana tako, da upočasni vodo nazaj. To omogoča, da se voda nežno vrne k izviru, brez prevelikih tokov ali vrtinčenja.
Francisova turbina je poleg neverjetne učinkovitosti priljubljena tudi zaradi svoje vsestranskosti. Nastavljive vodilne lopatice uravnavajo dohodni tok vode, ohranjajo hitrost tekača in s tem izhodno moč konstantno ne glede na spremembe v pretoku izvorne vode. Hidravlična “glava” je merilo energije tekočine na enoto teže, Francisova turbina pa je lahko zasnovana tako, da deluje v območju glave od približno 10 do 700 metrov. Prav tako lahko proizvaja moč v širokem razponu od nekaj kilovatov do skoraj gigavata.
Za razliko od staromodnega vodnega kolesa je os Francisove turbine navpična. Gledano od zgoraj ali vodoravnega prereza je stroj nekoliko podoben polžji lupini. Poleg proizvodnje energije se lahko tovrstna turbina uporablja tudi za črpanje vode v rezervoarje na višjih nadmorskih višinah, kjer jo lahko kasneje usmerimo nazaj skozi turbino, da dobimo več električne energije.