Die Nutzung der Windenergie erfolgt in Windkraftanlagen. Moderne Anlagen nutzen einen Teil der Bewegungsenergie des Windes und bremsen ihn dabei ab. Der Physiker Albert Bretz erkannte im Jahr 1920, dass dem Wind die maximale Leistung entnommen werden kann, wenn der Wind auf ein Drittel seiner ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst wird. Der Leistungsbeiwert einer Windkraftanlage beschreibt diese Ausbeutung. Moderne Anlagen schaffen einen Leistungsbeiwert von über 50%.
Ein großes Angebot an Windenergie ist auf den Meeren zu finden, wo keine Widerstände wie Wälder oder Städte den Wind abbremsen. Hier spricht man von „off-shore“-Windkraftanlagen. Um ähnliche Verhältnisse wie auf offenem Meer zu finden, also hohe und konstante Windgeschwindigkeiten (25 bis 30 m/s) bei möglichst vielen Volllaststunden (3000h/a) müssen die „on-shore“-Windkraftanlagen höher und größer gebaut werden. Weiterhin ist das Angebot lokal sehr unterschiedlich. Während in Deutschland das Potential der Windenergie rund ein Drittel des Bedarfs an Elektrizität decken kann, kann in Großbritannien der Bedarf gedeckt und dazu große Mengen an Windstrom exportiert werden.
Windkraftanlagen arbeiten nach dem Widerstands- oder dem Auftriebsprinzip. Mit dem Auftriebsprinzip lässt sich dem Wind eine größere Leistung entnehmen. Der Wind trifft dabei auf eines der Rotorblätter einer Windkraftanlage und teilt sich auf. Es bildet sich ein Druckunterschied zwischen Ober- und Unterseite eines Blattes, da der Wind unterschiedlich lange Strecken über dem Rotorblatt hinterlegt. Dieser Druckunterschied bewirkt eine senkrecht zum Wind wirkende Auftriebskraft, die das Rotorblatt zum Rotieren bringt.
Ähnlich wie bei der Nutzung von Photovoltaik kann eine Windkraftanlage als Inselsystem oder als netzgekoppelte Anlage dienen. Netzgekoppelte Windkraftanlagen haben in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Windkraftparks bestehen mindestens aus drei Windkraftanlagen. Offshore-Windparks sind Windkraftanlagen, die auf offenem Meer gebaut sind. Hier müssen die Wassertiefen und der Abstand zur Küste nicht zu groß sein, damit sich Offshore-Windparks als wirtschaftlich erweisen. Weiterhin sind die Komponenten einer Windkraftanlage im Meer einer größeren Witterung ausgesetzt, so dass der Materialbeständigkeit eine große Rolle zugewiesen wird. Die Installation einer Windkraftanlage auf offenem Meer ist weitaus aufwändiger und sehr abhängig von den Wetterverhältnissen.
