Door de behoefte aan schone energie en duurzame elektriciteitsproductie speelt waterkracht tegenwoordig een centrale rol in het voldoen aan de energievraag. Vooral het gebruik van microwaterkrachtcentrales met een lage opvoerhoogte verspreidt zich wereldwijd, vanwege hun lage terugverdientijd en goede milieuduurzaamheid. Zwaartekrachtwaterraderen zijn micro-waterkrachtcentrales die typisch worden gebruikt op plaatsen met een opvoerhoogte van minder dan 6 m en een debiet van enkele kubieke meters per seconde. Hoewel waterraderen al in de achttiende eeuw wetenschappelijk werden onderzocht, werden ze in de twintigste eeuw grotendeels genegeerd, en pas in de laatste twee decennia is er een hernieuwde belangstelling in de wetenschappelijke gemeenschap voor het gebruik ervan.
In dit artikel wordt een overzicht gegeven van zwaartekrachtwaterraderen, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen onderslag-, borstslag- en overslagwaterraderen. De technologie van waterraderen wordt besproken met aandacht voor geometrisch en hydraulisch ontwerp; gegevens en technische vergelijkingen uit historische boeken uit de negentiende eeuw worden ook gepresenteerd. De prestaties van waterraderen worden beschreven aan de hand van experimentele resultaten, en moderne theoretische modellen voor het schatten van het rendement worden gepresenteerd. Tenslotte werden de resultaten van experimenten en numerieke simulaties besproken met het oog op optimalisering van de prestaties van zwaartekrachtwaterraderen. De resultaten toonden aan dat de maximale efficiëntie van over- en onderslag waterwielen rond de 85% lag, terwijl die van borstslag waterwielen varieerde van 75% tot 80%, afhankelijk van de configuratie van de instroom. De maximale efficiëntie van moderne waterwielen kan over een groter bereik van debieten en hydraulische omstandigheden op dergelijke hoge waarden worden gehandhaafd in vergelijking met oudere installaties. Goed ontworpen waterraderen kunnen dus worden beschouwd als efficiënte en kosteneffectieve micro-waterkrachtomzetters.