発電所の上部と下部に大きな池（調整池）をつくり、昼間の電力需要の多いときは上の調整池から下の調整池に水を落として発電し、発電に使った水は下部の調整池に貯めておきます。
電力の消費が多い昼間は、図の左上にある池から右下の池に向かって水が流れ落ち、中央の水力発電所で発電を行います。夜間は余剰電力を使って右下の池に溜まった水を左上の池に汲み上げます。
電気は蓄えることが難しいエネルギーですが、昼は水の位置エネルギーを使って電気を起こし、夜は電気を使って水の位置エネルギーを蓄える、ということから、大きな意味での「蓄電施設」と考えることもできます。
日本では特に夏の昼間にはエアコン、屋内照明などに最も多くの電力が必要とされます。一方で、夜は逆に電力消費が少なくなります。そこで、電力需要の少ない夜間に火力・原子力発電所の電力を利用して、揚水発電下部の貯水池から上部の貯水池まで発電用水を汲み上げ、再び昼間の発電に使います。
ここでいう「電気を蓄える」とは、大電力を蓄電することを指します。リチウムイオン電池や自動車用バッテリーなど、電気を蓄える装置（蓄電池）は現在でも多くの種類がありますが、いずれも小電力向け機器であり、発電所で発電した電気を溜める大規模用途にそのまま利用することはできません。