As forças e velocidades que atuam em uma turbina Darrieus são descritas na Figura 1. O vetor de velocidade resultante, , é a soma vetorial da velocidade das correntes de ar que entram, e o vetor de velocidade da pá que avança,.

Por esta razão, a velocidade do fluido que entra varia durante cada ciclo. A velocidade máxima é encontrada para e a mínima é encontrada para , onde é a posição azimutal ou orbital das pás. O ângulo de ataque, , é o ângulo entre o vetor vento e o eixo da pá. O fluxo de ar resultante cria um ângulo de ataque positivo na área de barlavento da máquina, mudando de sinal na área de sotavento.

Das considerações geométricas da figura anexa pode-se deduzir que:

e:.

Resolvendo a velocidade relativa como resultado das componentes tangencial e normal:.

[9]​.

Isto não leva a que, combinando o acima com a definição do fator adimensional (relação de velocidade de ponta), a seguinte expressão seja obtida para a resultante da velocidade.

[10]​.

O ângulo de ataque é resolvido como:.

Qual substituindo pelo acima:.

[11]​.

A força aerodinâmica resultante é decomposta em dois componentes: sustentação (L para elevação) ou arrasto (D), ou nos componentes normal e tangencial. As forças são consideradas atuando nos quatro quadrantes do círculo, e o momento aerodinâmico é resolvido a partir das forças aerodinâmicas. Os termos aeronáuticos "sustentação" e "arrasto" referem-se às forças nas pás da mesma forma que uma asa aeronáutica. As forças tangenciais atuam ao longo da lâmina, empurrando-a para girar, enquanto a força normal atua radialmente, empurrando a lâmina contra o eixo. As forças de sustentação e arrasto são muito úteis para estudar como as forças aerodinâmicas atuam na pá, como estol, condições de contorno... enquanto o estudo das forças normais e tangenciais ajuda a estudar o desempenho global ou a fadiga do material. Os coeficientes de sustentação e arrasto são normalmente normalizados através da pressão relativa do fluxo de ar, enquanto os coeficientes normal e tangencial são ajustados em relação à pressão dinâmica do fluido do ar de barlavento antes da turbulência.

A = Área da pá (não confundir com a área varrida, que é igual à altura da pá vezes o diâmetro do rotor).

R = Raio da turbina.

A quantidade de energia que pode ser absorvida por uma turbina eólica é:

Onde está o coeficiente de potência, é a densidade do ar, é a área varrida do rotor e é a velocidade do vento.[12]​.