Η ενέργεια του ανέμου (αιολική ενέργεια) μπορεί να ληφθεί αν επιτραπεί η διέλευσή του από κινούμενα πτερύγια τα οποία κατά την περιστροφή τους εξασκούν ροπή σε έναν ρότορα.
Το ποσό της ενέργειας που μεταφέρεται είναι απευθείας ανάλογο της πυκνότητας του αέρα, της επιφάνειας που σαρώνει ο ρότορας και του κύβου της ταχύτητας του ανέμου.
Η διαθέσιμη ισχύς του ανέμου είναι:
P=aρπr2υ3/2
Όπου P η ισχύς σε watt, a μια σταθερά απόδοσης, ρ η πυκνότητα του αέρα σε kg ανά κυβικό μέτρο, r η ακτίνα της ανεμογεννήτριας σε μέτρα και v η ταχύτητα του ανέμου σε m/s.
Η ροή μάζας του αέρα που διέρχεται από την επιφάνεια που σαρώνει η ανεμογεννήτρια μεταβάλλεται με την ταχύτητα του ανέμου και την πυκνότητα του αέρα. Για παράδειγμα, σε μια ημέρα όπου η θερμοκρασία είναι 15 °C στην επιφάνεια της θάλασσας, η πυκνότητα του αέρα είναι 1.225 kg/m3.
Ένα αεράκι ταχύτητας 8 m/s που διέρχεται από έναν ρότορα διαμέτρου 100 m θα μετακινούσε σχεδόν 77.000 kg αέρα ανά δευτερόλεπτο από την επιφάνεια σάρωσης.
Η κινητική ενέργεια μιας δεδομένης μάζας μεταβάλλεται με το τετράγωνο της ταχύτητάς της. Επειδή η ροή του αέρα αυξάνεται γραμμικά με την ταχύτητα του ανέμου, η αιολική ισχύς διαθέσιμη σε μια ανεμογεννήτρια αυξάνεται με τον κύβο της ταχύτητας του ανέμου. Η ισχύς δηλαδή του προηγούμενου παραδείγματος θα ήταν 2.5 ΜW.
Καθώς η ανεμογεννήτρια απορροφά ενέργεια από τον άνεμο, αυτός επιβραδύνεται, γεγονός που τον αναγκάζει να διαχέεται και να αποκλίνει τριγύρω από την ανεμογεννήτρια σε κάποιο βαθμό.
Το δυναμικό του ανέμου μεταβάλλεται και η μέση τιμή για μια δεδομένη τοποθεσία από μόνη της δεν προσδιορίζει την ενέργεια που θα μπορούσε να παράγει μια ανεμογεννήτρια στο σημείο αυτό. Για τον προσδιορισμό των κλιματολογικών δεδομένων σχετικών με την ταχύτητα του ανέμου για μια δεδομένη τοποθεσία, συνήθως μια συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας προσαρμόζεται σε πειραματικά δεδομένα. Διαφορετικές τοποθεσίες έχουν διαφορετικές κατανομές ταχύτητας ανέμου.
Το μοντέλο που συνήθως χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κατανομής της ταχύτητας του ανέμου είναι μια κατανομή Weibull δύο παραμέτρων γιατί είναι ικανή να προσαρμοστεί σε ένα μεγάλο εύρος κατανομών από γκαουσιανή έως εκθετική.
Επειδή το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας παράγεται σε μεγάλες ταχύτητες ανέμου, η μέση τιμή της παραγόμενης ενέργειας περιέχεται σε σύντομες ριπές ανέμου. Σύμφωνα με δείγμα του 2002 του Lee Ranch η μισή παραγόμενη ενέργεια λήφθηκε μόλις στο 15% του χρόνου λειτουργίας.
Το αποτέλεσμα είναι ότι η αιολική ενέργεια δεν παρέχει μια σταθερή έξοδο όπως γίνεται στις γεννήτριες υγρών καυσίμων.
Επειδή η ταχύτητα του ανέμου δεν είναι σταθερή, η ετήσια παραγωγή της ενέργειας που παράγει μια ανεμογεννήτρια δεν είναι ποτέ ίση με το γινόμενο της ονομαστικής της ισχύος επί τις ώρες του έτους.
Ο λόγος της πραγματικής παραγωγής σε ένα έτος προς το θεωρητικό μέγιστο ονομάζεται παράγοντας χωρητικότητας.
Μια ανεμογεννήτρια που έχει τοποθετηθεί σε σωστή θέση θα έχει παράγοντα χωρητικότητας περίπου 35%.
Αυτός μπορεί να συγκριθεί με τον παράγοντα χωρητικότητας των πυρηνικών εργοστασίων (90%), των εργοστασίων που λειτουργούν με λιγνίτη (70%) και των εργοστασίων πετρελαίου (30%).
Όταν γίνεται σύγκριση του μεγέθους των τουρμπινών των ανεμογεννητριών με εκείνες που λειτουργούν με καύσιμα, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι μια ανεμογεννήτρια 1000 kW αναμένεται να παράγει σε ένα έτος τόση ενέργεια όση παράγει μια γεννήτρια που λειτουργεί με λιγνίτη.
Παρόλο που η ενέργεια που παράγεται από μια ανεμογεννήτρια σε μικρό χρονικό διάστημα (ώρες ή μέρες) δεν είναι προβλέψιμη, η ετήσια παραγωγή παρουσιάζει διακύμανση μόνο μερικών ποσοστιαίων μονάδων.