Nowadays, due to the need for clean energy and sustainable electricity production, hydropower plays a central role in satisfying the energy demand. W szczególności, wykorzystanie mikroelektrowni wodnych o małej wysokości podnoszenia jest rozpowszechnione na całym świecie, ze względu na ich niskie okresy zwrotu nakładów i dobry stosunek do środowiska. Grawitacyjne koła wodne to mikroelektrownie wodne stosowane zazwyczaj w miejscach o wysokości podnoszenia poniżej 6 m i zrzutach rzędu kilku metrów sześciennych na sekundę. Chociaż koła wodne były badane naukowo już w XVIII wieku, były one w dużej mierze ignorowane przez cały XX wiek i dopiero w ostatnich dwóch dekadach nastąpił ponowny wzrost zainteresowania ich wykorzystaniem wśród społeczności naukowej.
W niniejszym artykule przedstawiono przegląd grawitacyjnych kół wodnych, rozróżniając koła wodne podstrzałowe, piersiowe i nadstrzałowe. Omówiono technologię kół wodnych skupiając się na geometrycznym i hydraulicznym projekcie; przedstawiono również dane i równania inżynierskie znalezione w historycznych książkach z XIX wieku. Opisano działanie kół wodnych, analizując wyniki eksperymentalne, oraz przedstawiono współczesne modele teoretyczne służące do szacowania sprawności. Na koniec omówiono wyniki uzyskane w eksperymentach i symulacjach numerycznych w celu optymalizacji wydajności grawitacyjnych kół wodnych. Wyniki badań wykazały, że maksymalna sprawność kół wodnych typu overshot i undershot wynosiła około 85%, natomiast sprawność kół wodnych typu breastshot wahała się od 75% do 80%, w zależności od konfiguracji dopływu. Maksymalna sprawność nowoczesnych kół wodnych może być utrzymywana na tak wysokim poziomie w szerszym zakresie prędkości przepływu i warunków hydraulicznych w porównaniu do starszych instalacji. Stąd dobrze zaprojektowane koła wodne mogą być uważane za efektywne i opłacalne mikroelektrownie wodne.