汽輪機的出現推動了電力工業的發展，到20世紀初，電站汽輪機單機功率已達10兆瓦。隨著電力應用的日益廣泛，美國紐約等大城市的電站尖峰負荷在20年代已接近1000兆瓦，如果單機功率只有10兆瓦，則需要裝機近百臺，因此20年代時單機功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出現了165兆瓦和208兆瓦的汽輪機。
此后的經濟衰退和第二次世界大戰期間爆發，使汽輪機單機功率的增大處于停頓狀態。50年代，隨著戰后經濟發展，電力需求突飛猛進，單機功率又開始不斷增大，陸續出現了325～600兆瓦的大型汽輪機；60年代制成了1000兆瓦汽輪機；70年代，制成了1300兆瓦汽輪機。許多國家常用的單機功率為300～600兆瓦。
汽輪機在社會經濟的各部門中都有廣泛的應用。汽輪機種類很多，并有不同的分類方法。　汽輪機的蒸汽從進口膨脹到出口，單位質量蒸汽的容積增大幾百倍，甚至上千倍，因此各級葉片高度必須逐級加長。大功率凝汽式汽輪機所需的排汽面積很大，末級葉片須做得很長。
大型汽輪機組的研制是汽輪機未來發展的一個重要方向，這其中研制更長的末級葉片，是進一步發展大型汽輪機的一個關鍵；研究提高熱效率是汽輪機發展的另一方向，采用更高蒸汽參數和二次再熱，研制調峰機組，推廣供熱汽輪機的應用則是這方面發展的重要趨勢。
全世界利用地熱的汽輪機的裝機容量，1983年已有3190兆瓦，不過對熔巖等深層更高溫度地熱資源的利用尚待探索；利用太陽能的汽輪機電站已在建造，海洋溫差發電也在研究之中。所有這些新能源方面的汽輪機尚待繼續進行試驗就、研究。
一座汽輪發電機總功率為1000兆瓦的電站，每年約需耗用標準煤230萬噸。如果熱效率絕對值能提高1%，每年可節約標準煤 6萬噸。因此，汽輪機裝置的熱效率一直受到重視。為了提高汽輪機熱效率，除了不斷改進汽輪機本身的效率，包括改進各級葉片的葉型設計(以減少流動損失)和降低閥門及進排汽管損失以外，還可從熱力學觀點出發采取措施。
根據熱力學原理，新蒸汽參數越高，熱力循環的熱效率也越高。早期汽輪機所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于20%。隨著單機功率的提高，30年代初新蒸汽壓力已提高到3～4兆帕，溫度為400～450℃。隨著高溫材料的不斷改進，蒸汽溫度逐步提高到535℃，壓力也提高到6～12.5兆帕，個別的已達16兆帕，熱效率達30%以上。50年代初，已有采用新蒸汽溫度為600℃的汽輪機。以后又有新蒸汽溫度為650℃的汽輪機。
現代大型汽輪機按照其輸出功率的不同，采用的新蒸汽壓力又可以分為各個壓力等級，通常采用新蒸汽壓力24.5～26兆帕，新蒸汽溫度和再熱溫度為535～578℃的超臨界參數，或新蒸汽壓力為16.5兆帕、新蒸汽溫度和再熱溫度為535℃的亞臨界參數。使用這些汽輪機的熱效率約為40%。
另外，汽輪機的排汽壓力越低，蒸汽循環的熱效率就越高。不過排汽壓力主要取決凝汽器的真空度，真空度又取決于冷卻水的溫度和抽真空的設備（通常稱為真空泵），如果采用過低的排汽壓力，就需要增大冷卻水流量、增大凝汽器冷卻水和冷卻介質的換熱面、降低被使用的冷卻水的溫度和抽真空的設備，較長的末級葉片，但同時真空太低又會導致汽輪機汽缸（低壓缸）的蒸汽流速加快，使汽輪機汽缸（低壓缸）差脹加劇，危及汽輪機安全運轉。凝汽式汽輪機常用的排汽壓力為5~10千帕（一個標準大氣壓是101325帕斯卡）。船用汽輪機組為了減輕重量，減小尺寸，常用0.006～0.01兆帕的排汽壓力。
此外，提高汽輪機熱效率的措施還有，采用回熱循環、采用再熱循環、采用供熱式汽輪機等。提高汽輪機的熱效率，對節約能源有著重大的意義。
現代核電站汽輪機的數量正在快速增加，因此研究適用于不同反應堆型的、性能良好的汽輪機具有特別重要的意義。
另外，在汽輪機設計、制造和運行過程中，采用新的理論和技術，以改善汽輪機的性能，也是未來汽輪機研究的一個重要內容。例如：氣體動力學方面的三維流動理論，濕蒸汽雙相流動理論；強度方面的有限元法和斷裂力學分析；振動方面的快速傅里葉轉換、模態分析和激光技術；設計、制造工藝、試驗測量和運行監測等方面的電子計算機技術；壽命監控方面的超聲檢查和耗損計算。此外，還將研制氟利昂等新工質的應用，以及新結構、新工藝和新材料等。
發展瓶頸主要在材料上，材料問題解決了，單片的功率就可以更大。MarketsandMarkets研究報告顯示，2014年全球汽輪機市場規模約為148億美元，預計到2020年將達到192.92億美元（約合人民幣1232億元），以4.4%的年均復合增長率增長。