Les prélèvements réalisés pour refroidir les centrales thermiques sont en grande majorité restitués au milieu. Néanmoins, la faible part perdue par évaporation contribue à l’abaissement des niveaux d’eau des cours d’eau dans lesquels sont réalisés les prélèvements (en savoir plus sur les prélèvements). En période sèche, ces prélèvements peuvent donc accentuer les basses eaux naturelles des milieux aquatiques et des nappes et leurs conséquences potentielles (en savoir plus sur la sécheresse).

Après utilisation, l’eau rejetée doit être de même qualité que lors de son prélèvement, en dehors de sa température qui est plus élevée. Or, l’augmentation de la température d’un écosystème est susceptible de nuire à sa biodiversité et à son fonctionnement (en savoir plus sur les différentes formes de pollution).

Les contaminations accidentelles par des substances hydrocarbures ou radioactives - en cas de fuite dans le système de refroidissement ou de défaut d’étanchéité par exemple - représentent une menace supplémentaire pour les milieux. En outre, des micro-organismes pathogènes (légionelles et amibes) sont susceptibles de se développer dans les circuits fermés : ils impliquent des traitements de désinfection pour se prémunir de tout contamination de l’environnement.

Les barrages hydroélectriques n'entraînent pas de prélèvements directs dans les ressources en eau.

Toutefois, la constitution de vastes étendues d’eau derrière les barrages augmente le phénomène d’évaporation par rapport à un cours d’eau, et donc les pertes d’eau qu’il implique. La stagnation de l’eau peut aussi conduire à la dégradation de sa qualité physico-chimique (réchauffement, diminution de la concentration en oxygène dissous, etc.) et par conséquent de la biodiversité qu’il abrite (en savoir plus sur la pollution de l’eau).

Le déploiement de barrages sur les cours d’eau est par ailleurs susceptible d’en impacter directement le fonctionnement. D’abord, le stockage d’eau et sa restitution fluctuante modifient le régime hydrologique et ses variations naturelles. De la même manière, la transformation du milieu en plan d’eau modifie fortement son fonctionnement (en savoir plus sur le fonctionnement naturel des cours d’eau et des plans d’eau). Enfin, l’édification d’obstacles à l’écoulement (comme les barrages) provoque une rupture de la continuité écologique, susceptible d’interrompre le transit sédimentaire et d’empêcher la libre circulation des organismes vivants, en particulier les poissons.

Les centrales thermiques à flamme (charbon, pétrole, gaz) relèvent de la réglementation dite des installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE), à laquelle s’ajoutent la directive européenne relative aux émissions industrielles (dite réglementation IED) et la directive « Seveso » qui concerne les installations à risque industriel élevé. L’encadrement des prélèvements d’eau et des rejets est réalisé dans ce cadre par l’intermédiaire de normes pour chaque substance, fixant les quantités maximales pouvant être rejetées dans le milieu. La valeur de ces normes est adaptée à la dangerosité de chaque établissement industriel.

Le fonctionnement des centrales thermiques nucléaires est couvert par une réglementation spécifique, ayant trait à la sûreté nucléaire. Les prélèvements d’eau pour leur refroidissement est encadré par cette réglementation, qui définit les modalités selon lesquelles les centrales sont autorisées à prélever de l’eau dans le milieu naturel et à l’y restituer. Le prélèvement d’eau douce pour la réfrigération en circuit ouvert est interdit sauf dérogation particulière, ce qui explique qu’une majorité de centrales fonctionne en circuit fermé.

L’installation et l’exploitation des centrales hydroélectriques fait l’objet d’une réglementation qui  garantit un débit minimum à l’aval de l’ouvrage (maintien d’un débit réservé), la libre circulation des poissons et le transit sédimentaire. Pour les petites installations - dont la puissance maximale brute est inférieure à 4,5 mégawatt - une autorisation d’exploitation est délivrée par le préfet pour un temps déterminé et précise les règles d’exploitation ayant trait aux enjeux environnementaux. Pour les grandes installations (au delà de 4,5 mégawatt), une concession est délivrée par le préfet ou le ministre en charge de l’énergie. Les modalités de la concession précisent les règles s’appliquant à l’installation.