尾水管在水輪發電機組中扮演著至關重要的角色，其主要作用包括：
引導水流：尾水管將轉輪出口的水流平順地引向下游，確保水流的順暢排出。
形成靜力真空：利用下游水位至轉輪出口處的高程差，尾水管形成轉輪出口處的靜力真空，即吸出高度，這有助於提高水輪機的效率。
回收動能：尾水管能夠回收轉輪出口的水流動能，並將其轉換為轉輪出口處的動力真空，從而減少轉輪出口的動能損失，提高水輪機效率。
降低流速：沿尾水管全長，橫剖面逐漸擴大，使從轉輪下泄的水流以最小的能量損失逐漸降低流速，流入下游。
利用位能：如果轉輪安裝在下游水位以上的高程，尾水管能夠利用轉輪與下游水位之間水流的位能，形成轉輪出口處的靜態真空。
需要注意的是，尾水管主要適用於反擊式水輪機，而對於衝擊式水輪機，做過功的水則通過尾水渠排往下游。此外，尾水管還有其他工業套用，例如在泵系統中可以起到沉砂和異物的作用，防止油流直接進入泵造成泵卡現象，或者在油氣生產中減緩氣體對泵的影響等。然而，這些套用超出了尾水管在水輪發電機組中的作用範疇。