Tali macchine sono costituite da una corona di pale direttrici a profilo leggermente ricurvo, detta distributore, e da una girante palettata, entrambi immersi nella corrente. L’alimentazione avviene in direzione radiale, generalmente attraverso una voluta a spirale che distribuisce e direziona uniformemente il flusso in arrivo dalla condotta forzata verso l’ingresso del distributore. Per ottenere la variazione della portata le pale del distributore sono orientabili intorno all’asse e possono, attraverso servomeccanismi, ruotare contemporaneamente aumentando a diminuendo la sezione di passaggio disponibile. Variando la portata, varia la velocità di uscita dalle pale del distributore, quindi varia il grado di reazione della macchina. La girante è costituita da due anelli che reggono una serie di pale a profilo speciale svergolato. Il profilo della pala varia in funzione del numero dei giri caratteristico della macchina. Essendo macchine a reazione, la pressione del flusso diminuisce anche in girante, sino a scendere al disotto della pressione atmosferica. Per questo motivo le turbine Francis sono sempre seguite da un tubo aspiratore-diffusore che permette di adattare la pressione di scarico della turbina a quella del bacino di valle, permettendo quindi di sfruttare il salto residuo a valle della turbina e, nel contempo, di recuperare parte dell’energia cinetica ancora presente allo scarico.