两者的核心区别在于旋转轴的方向。水平轴风机（HAWT）的旋转轴与地面平行，叶片像飞机的螺旋桨，需要始终对准风向，因此配备了复杂的偏航系统。其发电原理主要利用气动升力，当风流过翼型叶片时，叶片上下表面产生压力差，从而驱动转子旋转。
垂直轴风机（VAWT）的旋转轴则垂直于地面，常见的有达里厄型（形似打蛋器）和萨沃纽斯型（形似桶状）。它们主要利用阻力差或升力来旋转。一个关键优势是无需对准风向，无论风从哪个方向吹来都能启动，结构相对简单。
在风能转换效率上，大型水平轴风机目前占据明显优势，其风能利用系数可达40%-50%，这是其成为商业发电主力的根本原因。它适合安装在风向稳定、风速较高的开阔地带，如平原、海岸线和海上。
垂直轴风机的效率通常较低，尤其在大型化方面面临挑战。但它具有噪音低、对湍流风适应性强、维护部件多在底部等优点。这使得它在城市环境、建筑一体化、偏远地区的小型分布式发电以及风向多变的复杂地形中，展现出独特的应用潜力。近年来，关于垂直轴风机阵列布局的研究显示，当它们紧密排列时，相互间的气流干扰可能小于水平轴风机，这为未来海上风电场的集约化布局提供了新思路。
从环境影响看，水平轴风机由于叶片扫掠面积大，对鸟类迁徙路线可能构成威胁，其视觉冲击和低频噪音也常受关注。垂直轴风机转速较慢，对鸟类的风险相对较低，体型也更紧凑。
总结来说，水平轴与垂直轴风机并非简单的替代关系，而是互补。水平轴风机凭借其高效率和规模化优势，主导着集中式清洁能源生产；而垂直轴风机则在特定细分市场，如分布式能源、城市微风电和特殊环境应用中，寻找着自己的生态位。风电技术的未来，很可能是一个多种技术路线根据具体场景协同发展的多元化图景。
