潮汐电站的运行原理主要依赖于每日两次的潮汐涨落。海水位的变化规律类似于正弦曲线，大约每12小时25分钟经历一次涨潮和一次落潮。发电过程分为四个关键阶段:
1. 当海水位上升到与水库低水位持平（A时刻），闸门打开，海水流入，水库水位随之升高，直到与高海水位齐平（C时刻），闸门关闭。这时，库内水位与海水形成水头差。
2. 在海水位下降期间，库内水位保持不变，水头差逐渐增大，直到达到足以驱动水轮机发电的最小水头（C时刻）时，开始发电。水轮机通过转动发电，直至水位差减小到最小发电水头（D时刻）时停止，闸门关闭，水库与海隔绝。
3. 在落潮阶段，水库保持低水位，等待下一次涨潮，再次重复上述过程。这种仅在落潮期间发电的方式被称为单库单向型潮汐电站。
为实现连续发电，可以设计成双库双向型潮汐电站，通过设置两套闸门，利用涨潮和落潮时的水位差来驱动两个水库的水轮机发电。这种方式能提供全天候的发电，但造价相对较高。
目前，市场上的潮汐电站大多为单库单向型，因为其成本较低。采用的水轮机通常为贯流式机组，这种设计能够有效地利用潮汐能资源。
将海洋潮汐的能量转换成电能的电站。是唯一实际应用的海洋能电站。在海湾或有潮汐的河口筑起水坝，形成水库。