Tuuliturbiinien suunnittelu jakautuu kahteen perustyyppiin: vaaka- ja pystyakseliset turbiinit. Vaakasuuntaiset tuuliturbiinit ovat tunnetuimpia ja eniten käytettyjä. Pystyakselisten tuuliturbiinien suunnittelu on käynnissä ja hankitaan tällä hetkellä pääasiassa yksittäisten keksijöiden toimesta. Tuuliturbiinien suosion kasvaessa myös suunnitteluvaihtoehdot kasvavat.
Vaakasuuntaiset tuuliturbiinit ovat suosituimpia, koska ne ovat tehokkaita ja kustannustehokkaita. Toisin kuin pystysuuntaiset tuuliturbiinimallit, vaakaturbiinit perustuvat pääasiassa vanhoihin tuulimyllymalleihin. Vaakasuuntaiset turbiinit ovat kooltaan erilaisia, mutta suuret mallit ovat tehokkaimpia ja tuottavat enemmän energiaa.
Vaakasuoran turbiinin rakenne on yksinkertainen. Turbiini koostuu kahdesta tai kolmesta siivestä, jotka tuulen voimalla siirtävät vaihdetta. Vaihteisto käyttää generaattoria, joka tuottaa sähköä. Hammaspyörä ja generaattori pidetään turbiiniakselin päällä olevassa suuttimessa. Tietyissä vaakasuorissa malleissa kääntökäyttö säätää terät tuulen maksimoimiseksi.
Vaikka pystysuorat tuuliturbiinit eivät ole niin suosittuja, koska ne ovat vähemmän tehokkaita, uusia malleja ja malleja tuotetaan jatkuvasti. Yksi vertikaalisten tuuliturbiinien suunnittelun perusideoista on minimoida vaakasuoran tuuliturbiinin tuottama melusaasto ja mahdollinen vahinko linnuille. Pystysuorissa tuulivoimaloissa on siivet ja niiden rakenne vaihtelee suuresti.
Yksi pystysuuntainen tuuliturbiinityyli on Darrieus, jota verrataan ulkonäöltään munanvatkaimeen. Darrieuksessa on ilmakansi, joka käyttää tuulen nostovoimia liikkuakseen, kuten lentokoneen siivet. Tämä pystysuora malli ei käynnisty itsestään ja tarvitsee moottorin nopeuden tuottamiseksi ennen kuin se luo merkittävän oman vääntömomentin. Darrieus on erittäin tehoton tuottamaan riittävästi tuulivoimaa sähkön tuottamiseen.
Savonius on toinen pystysuora tuuliturbiinimalli. Vaikka Savonius on hieman tehokkaampi kuin Darrieus-malli, sitä käytetään parhaiten pienimuotoisessa energiantuotannossa. Savonius käyttää vetovoimaa liikkuakseen pitämällä tuulen muotoisena, joka muistuttaa puoli tynnyriä. Tämä malli on myös erittäin hiljainen ja kestää suuria tuulia ilman vaurioita.
Mariah Power -yhtiö on luonut Windspire® -turbiinimallin, joka käyttää myös ilmakangasta. Tuuliturbiini on erittäin korkea ja kapea. Se koostuu kolmesta ilmakanavasta, jotka sieppaavat tuulen ja pyörivät suurella pystysuoralla akselilla.
Suuren tuuliturbiinisuunnittelun lisäksi kotitalouskäyttöön kehitetään pienempiä malleja, kuten Honeywell ja WindCube®. Honeywell näyttää tuulettimelta, kun taas WindCube® koostuu vaakasuorista siivistä, jotka liikkuvat kuution sisällä. Molemmat mallit toimisivat yksittäisten kotejen tai rakennusten päällä.