พลังงานลมเกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความกดอากาศ ทำให้มวลอากาศเคลื่อนที่ เกิดเป็น 'ลม' ในทางฟิสิกส์ พลังงานในลมคือพลังงานจลน์ (Kinetic Energy) สูตรคำนวณกำลังไฟฟ้าคือ P = 1/2 × ρ × A × v³ โดย P คือกำลังไฟฟ้า (Watts), ρ (Rho) คือความหนาแน่นอากาศ (ประมาณ 1.225 kg/m³ ที่ระดับน้ำทะเล), A คือพื้นที่รับลม (πr² เมื่อ r คือความยาวใบพัด), และ v คือความเร็วลม (m/s) ข้อสังเกตสำคัญคือ พลังงานจะแปรผันตรงกับความเร็วลมยกกำลังสาม (v³) หากลมแรงขึ้น 2 เท่า พลังงานจะเพิ่มมหาศาลถึง 8 เท่า การเลือกสถานที่ตั้งกังหันในจุดที่มีลมแรงจึงสำคัญสูงสุด อ้างอิง: American Wind Energy Association (AWEA); หลักฟิสิกส์พลศาสตร์ของไหล.

กฎของเบตซ์ หรือ Betz's Limit เป็นหลักการฟิสิกส์โดย Albert Betz (1919) ระบุว่า กังหันลมในอุดมคติจะดึงพลังงานสูงสุดได้เพียง 16/27 หรือ 59.3% ของลมทั้งหมด หากดึงมา 100% ลมจะหยุดนิ่ง ไม่สามารถพัดผ่านไปได้ ทำให้ใบพัดหยุดหมุน กังหันลมสมัยใหม่ที่ดีที่สุดทำงานได้ที่ประสิทธิภาพประมาณ 35%-45% เนื่องจากมีการสูญเสียทางกลไก (แรงเสียดทาน, ชุดเกียร์) และความปั่นป่วนของอากาศ (Aerodynamic Drag) อ้างอิง: สถาบันพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NREL).

การผลิตไฟฟ้าพิจารณาจาก: 1) ความหนาแน่นของอากาศ อากาศเย็นและแห้งจะมีความหนาแน่นมากกว่า จึงผลิตไฟได้มากกว่าในฤดูหนาวที่ความเร็วลมเท่ากัน 2) ความสูงของเสา (Tower Height) ความเร็วลมจะเพิ่มตามความสูง กังหันพาณิชย์จึงมีเสาสูงเพื่อรับลมสม่ำเสมอ พ้นสิ่งกีดขวาง (เช่น ต้นไม้) ที่ทำให้เกิดลมหมุนวน (Turbulence) 3) ประสิทธิภาพของระบบรวม ตั้งแต่การออกแบบใบพัดด้วยวัสดุน้ำหนักเบา ชุดเกียร์ ไปจนถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) อ้างอิง: กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (DEDE); Global Wind Energy Council (GWEC).

พลังงานลมจัดเป็นพลังงานสะอาดที่ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือมลพิษทางอากาศ แต่มีผลกระทบที่ต้องจัดการ ได้แก่ 1) ทัศนียภาพและเสียง กังหันขนาดใหญ่เปลี่ยนภูมิทัศน์และอาจเกิดเสียงรบกวน 2) ระบบนิเวศน์ นกและค้างคาวอาจบินชนใบพัด ต้องใช้เทคโนโลยีเรดาร์ตรวจสอบ 3) การจัดการซาก ใบพัดทำจากไฟเบอร์กลาสซึ่งปัจจุบันยังรีไซเคิลได้ยากเมื่อหมดอายุ (ประมาณ 20-25 ปี) แต่นักวิจัยกำลังพัฒนาใบพัดแบบรีไซเคิล 100% ในปัจจุบัน อ้างอิง: สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA); สหภาพสากลว่าด้วยการอนุรักษ์ธรรมชาติ (IUCN).