Tiềm năng thủy điện lý thuyết của hệ thống sông Mã là 12 tỷ kW, tiềm năng có thể khai thác là 4.732 triệu kW và tiềm năng kinh tế là 2,43 tỷ kW. Cùng với nhiệm vụ phát điện, hệ thống này còn có nhiệm vụ thủy lợi: cấp nước cho nông nghiệp, chống lũ hạ du[3].

Sông Mã có độ dốc nhỏ, các công trình thủy điện chủ yếu tập trung vào phụ lưu của nó là sông Chu[3].Tại Thanh Hóa có 14 dự án thủy điện nằm trong quy hoạch công bố 07/2015 [6][7]:

1. Quy hoạch thủy điện vừa và lớn có 9 dự án là Trung Sơn (260 MW), Thành Sơn (30 MW), Hồi Xuân (102 MW), Bá Thước 1 (60 MW), Bá Thước 2 (80 MW), Cẩm Thủy 1 (28,6 MW), Cẩm Thủy 2 (32 MW), Cửa Đạt (97 MW) và Xuân Minh (15 MW).
2. Quy hoạch thủy điện nhỏ có 5 dự án là Trí Năng (3,6 MW), Dốc Cáy (15 MW), Sông Âm (13 MW), Bái Thượng (6 MW) và Tam Lư (7 MW).

Trước đó năm 2011 có 5 dự án đã được dự tính thu hồi [8], song năm 2015 một số dự án được khởi động lại.

Trên dòng chính

• Thủy điện Trung Sơn 20°36′46″B 104°50′9″Đ / 20,61278°B 104,83583°Đ / 20.61278; 104.83583 (Thủy điện Trung Sơn) công suất lắp đặt 260 MW, trên dòng chính sông Mã, ở xã Trung Sơn huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa, khởi công 2012, dự kiến hoàn thành 2017 [9].
• Thủy điện Thành Sơn công suất 30 MW, tại xã Trung Thành và Thành Sơn, huyện Quan Hóa, thời gian xây dựng 2015 - 2018 [10].
• Thủy điện Hồi Xuân 20°26′53″B 105°3′1″Đ / 20,44806°B 105,05028°Đ / 20.44806; 105.05028 (Thủy điện Hồi Xuân) công suất 102 MW, ở xã Hồi Xuân và Thanh Xuân, huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa, khởi công 2010, dự kiến hoàn thành 2015 [11].
• Thủy điện Bá Thước 1 công suất 60 MW, tại xã Thiết Kế, huyện Bá Thước, khởi công 11/2013, hoàn thành 12/2016 [12].
• Thủy điện Bá Thước 2 20°19′27″B 105°19′19″Đ / 20,32417°B 105,32194°Đ / 20.32417; 105.32194 (Thủy điện Bá Thước 2) công suất 80 MW, tại xã Điền Lư, huyện Bá Thước, khởi công 09/2009, hoàn thành 2013 [13].
• Thủy điện Cẩm Thủy 1 20°14′24″B 105°22′27″Đ / 20,24°B 105,37417°Đ / 20.24000; 105.37417 (Thủy điện Cẩm Thủy 1) công suất 28,6 MW trên dòng chính sông Mã, bờ phải tại phố Vạc xã Cẩm Thành, bờ trái tại thôn Kim Mẫn (Kim Mỗm) xã Cẩm Lương, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa, khởi công 10/2013, dự kiến hoàn thành 12/2016 [14][15].
• Thủy điện Cẩm Thủy 2 công suất 32 MW, tại xã Cẩm Ngọc và Cẩm Yên, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa [15].
• Thủy điện Sông Mã 3 công suất 29,5 MW, tại xã Phì Nhừ, huyện Điện Biên Đông, tỉnh Điện Biên, khởi công 26/3/2016 dự kiến hoàn thành 2018 [16][17].
• Thủy điện Mường Hung công suất 24 MW, tại xã Mường Hung, Chiềng Khoong, Chiềng Cang huyện Sông Mã, tỉnh Sơn La dự kiến khởi công Quý I năm 2017 phát điện vào tháng 2/2019.

Trên các phụ lưu

• Thủy điện Cửa Đạt 19°52′53″B 105°16′40″Đ / 19,88139°B 105,27778°Đ / 19.88139; 105.27778 (Thủy điện Cửa Đạt) công suất 97 MW, trên sông Chu, tại làng Cửa Đặt xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa, hoàn thành 2010 [18].
• Thủy điện Xuân Minh công suất 15 MW, trên sông Chu, tại làng Xuân Minh xã Xuân Cẩm, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa, tái khởi động 2016 [19].
• Thủy điện Dốc Cáy công suất 15 MW, tại xã Lương Sơn, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa, hoàn thành 2013 [20]. Thủy điện Dốc Cáy lấy nước từ hồ Cửa Đạt đoạn thuộc dòng sông Khao và xả về sông Âm [21][22].
• Thủy điện Sông Âm công suất 13 MW, trên sông Âm tại xã Tam Văn huyện Lang Chánh tỉnh Thanh Hóa, khởi công 2010 [23].