Τα κύματα προκαλούνται από πολλές δυνάμεις όπως για παράδειγμα τον άνεμο, τη βαρυτική έλξη από τον ήλιο και τη σελήνη, τις αλλαγές των ατμοσφαιρικών πιέσεων, σεισμούς κ.α. Τα κύματα που δημιουργούνται από τον άνεμο είναι τα πιο συχνά.

Καθώς ο αέρας κινείται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, μόρια του αέρα που βρίσκονται στο στρώμα επαφής με τα μόρια του νερού αλληλεπιδρούν. Αυτή η δύναμη επεκτείνεται σε όλη την επιφάνεια του νερού δημιουργώντας μικρή ανατάραξη. Με τις αναταράξεις αυτές δημιουργείται μεγαλύτερη επιφάνεια νερού, αυξάνοντας την τριβή μεταξύ αέρα και νερού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μεταφορά μεγαλύτερων τιμών ενέργειας, δημιουργώντας μεγαλύτερα κύματα.

Όταν ο άνεμος παύσει, τα κύματα συνεχίζουν την πορεία τους και σταδιακά χάνουν την ενέργειά τους. Μπορεί να κινούνται για εκατοντάδες χιλιόμετρα μέχρι να προσεγγίσουν μια ακτή. Η προβλεψιμότητα των κυμάτων είναι ένα πλεονέκτημα της κυματικής ενέργειας ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας.

Ένα κύμα στο ωκεανό που έχει μεγάλο βάθος εμφανίζεται ως ένα ογκώδες αντικείμενο που κινείται. Ένα τοίχος νερού που ταξιδεύει στην επιφάνεια της θάλασσας. Για την κατανόηση της κυματικής ενέργειας είναι σημαντικό να αντιληφθεί ότι δεν είναι αυτό το πραγματικό γεγονός. Ένα ωκεάνιο κύμα είναι η κίνηση της ενέργειας, όμως το νερό δεν κινείται όπως φαίνεται. Ενώ φαίνεται το νερό να κινείται προς την ακτή από τα κύματα αυτό δε συμβαίνει. Δεν πραγματοποιείται μια ροή νερού, αλλά μια ροή ενέργειας από το μέρος που δημιουργήθηκε μέχρι το σημείο καταστροφής της. Αυτό το σημείο μπορεί να είναι στην ακτή ή ακόμα και στη μέση του ωκεανού.

Τα μόρια του νερού μέσα στο κύμα κινούνται σε κύκλους. Η φύση των κυμάτων εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ του μεγέθους κύματος και το βάθος του νερού μέσα στο οποίο κινείται. Η κίνηση των μορίων αλλάζει από κυκλική σε ελλειπτική καθώς το κύμα προσεγγίζει την ακτή και το βάθος του νερού μειώνεται. Καθώς το κύμα προσεγγίζει την ακτή, η κίνηση γίνεται κυρίως οριζόντια.

Η ενέργεια στα κύματα είναι τεράστια. Ακόμα και το μέρος των κυμάτων που μπορεί ν’ αξιοποιηθεί αυτή τη στιγμή από τεχνολογική πλευρά, αντιστοιχεί σε ενέργεια που μπορεί να συγκριθεί με την παγκόσμια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σήμερα.
Στην αξιολόγηση του παγκόσμιου συμβουλίου ενέργειας το 2001 αναφέρεται ότι η κυματική ενέργεια μπορεί να καλύψει παγκοσμίως 2ΤW ενώ στην Ευρώπη μπορούν να καλυφθούν ανάγκες λίγο πιο πάνω από το 50% της συνολικής ενεργειακής ζήτησης. Η κυματική ενέργεια μετράται σε kW/m, δηλαδή κW ανά μέτρο κύματος.

Στο Ηνωμένο Βασίλειο, τα πιο ενδιαφέροντα μέρη για την παραγωγή ενέργειας από τα θαλάσσια κύματα βρίσκονται στις βορειοδυτικές ακτές της Σκωτίας. H δυνατότητα παραγωγής ενέργειας πλησιάζει τα 14GW και μπορεί να εφοδιάσει 45TWh ετησίως. Tο δυναμικό από παλιρροιακά ρεύματα είναι της τάξης των 7,5GW και μπορεί να εφοδιάσει με 33,5TWhετησίως.

Η ενέργεια από τις θαλάσσιες πηγές αναπτύσσεται ώστε να μειωθούν οι κλιματικές αλλαγές. Η εξάρτησή της από το φυσικό περιβάλλον, την κάνει να είναι ευπαθή σε τυχόν αλλαγές του κλίματος που παρατηρούνται. Οι τεχνολογίες που αναπτύσσονται τις κάνουν να έχουν τον ίδιο βαθμό ρίσκου όπως έχει η αιολική ενέργεια και η υδροηλεκτρική ενέργεια. Από τις ενδείξεις των τελευταίων δεκαετιών φαίνεται ότι το κλίμα της θάλασσας μεταβάλλεται, κάνοντας έτσι τη μελέτη για εγκατάσταση τέτοιων έργων πιο λεπτομερή.

Το μεγαλύτερο δυναμικό κυματικής ενέργειας εμφανίζεται εκεί που πνέουν οι ισχυρότεροι άνεμοι, δηλαδή σε γεωγραφικά πλάτη μεταξύ 40ο και 60ο βόρεια και νότια, στα ανατολικά όρια των ωκεανών.

Από οικονομικής πλευράς, η κυματική ενέργεια δεν είναι προς το παρόν ανταγωνιστική με τα ορυκτά καύσιμα. Είναι όμως ανερχόμενη τεχνολογία και όσο εξελίσσεται γίνεται ολοένα και πιο υποσχόμενη. Το κόστος έχει πέσει ραγδαία τα τελευταία χρόνια και οι εταιρίες σήμερα σκοπεύουν στα 10cent/kWh ενώ στις πιο εξελιγμένες συσκευές στα 5cent/kWh.

Και ενώ οι περιοχές με μεγάλο κυματικό δυναμικό ερευνώνται διεξοδικά τα τελευταία χρόνια, σε περιοχές με νερά που βρίσκονται προστατευόμενα από τα μεγάλα κύματα δεν έχει γίνει λεπτομερής μελέτη. Όταν το μέτωπο του κύματος έχει ισχύ 20-30kW/m η τεχνολογία μπορεί να παράγει 100-500TWh/έτος παγκοσμίως. Σε περιοχές όμως με μικρότερη ισχύ (10-20kW/m) αυτοί οι αριθμοί πιστεύεται πως μπορούν να διπλασιαστούν.

Η ενέργεια από τα κύματα ποικίλλει και μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του χρόνου. Γι’ αυτό το λόγο πρέπει να προβλεφθεί η συμπεριφορά του συστήματος για διαφορετικά επίπεδα κυματικής ενέργειας.

Η συχνότητα των κυμάτων επηρεάζει την υδροδυναμική απόκριση των συσκευών εκμετάλλευσης της κυματικής ενέργειας. Το επίπεδο του ύψους του κύματος μπορεί να αλλάξει το επίπεδο της κυματικής ενέργειας. Είναι πολύ σημαντικός ο προσδιορισμός για το πώς επηρεάζει το κυματικό δυναμικό το σχεδιασμό των γεννητριών και την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας. Όμως αυτό μπορεί να έχει μεγάλη οικονομική επίδραση καθώς ο σχεδιασμός των εγκαταστάσεων εξαρτάται από το κυματικό δυναμικό και σε κάθε νέα τοποθεσία πρέπει να γίνεται ξεχωριστός σχεδιασμός. Αν ο ίδιος σχεδιασμός ανταποκρίνεται σε διάφορα κυματικά δυναμικά, τότε το κόστος μειώνεται και οι εγκαταστάσεις μπορούν να εφαρμοστούν παντού.

Τα χαρακτηριστικά της κυματικής ενέργειας παίζουν μεγάλο ρόλο στο σχεδιασμό και τη λειτουργία των εγκαταστάσεων μετατροπής της κυματικής ενέργειας. Θεωρητικά, αυτά τα χαρακτηριστικά είναι συναρτήσεις των καταγεγραμμένων στοιχείων όπως είναι το ύψος κύματος και η περίοδος μηδενικής υπέρβασης.

Οι κυματικοί παράμετροι εξαρτώνται από τον προσανατολισμό, τις σεληνιακές ή ηλιακές δυνάμεις που ασκούνται μέσα από τα παλίρροιες, τη μεταβολή της θερμοκρασίας, το βάθος του πυθμένα καθώς και τη «σκιά» που δημιουργούν τα νησιά.

Η επίδραση του βάθους και της «σκιάς» των νησιών είναι συνεχής στο χρόνο όσο οι γεωλογικές και φυσικές παράμετροι του πυθμένα και των νησιών παραμένουν σταθερές. Συνεπώς, οι αλλαγές των κυμάτων εξαιτίας αυτών των δύο παραμέτρων είναι σημαντικές στη διάρκεια του χρόνου.

Οι γεωγραφικές παράμετροι των ακτών επηρεάζουν αρκετά τις κυματικές παραμέτρους οι οποίες με τη σειρά τους καθορίζουν το προφίλ της κυματικής ενέργειας. Οι συσκευές μετατροπής της κυματικής ενέργειας πρέπει να προσαρμόζονται σε αυτές τις κυμαινόμενες κυματικές παραμέτρους. Καθώς οι συσκευές μετατροπής της κυματικής ενέργειας σχεδιάζονται για να λειτουργούν σε δεδομένες κυματικές συνθήκες, αναπόφευκτα οι μεταβλητές παράμετροι θα έχουν ως αποτέλεσμα να μειώνουν την αποτελεσματικότητα των συσκευών.

Είναι φανερό ότι ο σχεδιασμός των μετατροπέων της κυματικής ενέργειας πρέπει να είναι προσεγμένος ώστε να λειτουργεί αξιόπιστα, αποτελεσματικά και οικονομικά.