En el sector energético, la eficiencia puede darse tanto en el lado de la demanda como en el lado de la oferta. En el lado de la oferta, ésta se relaciona con las plantas eléctricas y las relación entre el agua y la energía. En el lado de la demanda, ésta se relaciona con los distintos sectores de la economía: industrial, residencial, comercial, transporte y agricultura. El nexo agua-energía resulta importante tanto por el lado de la demanda como por el lado de la oferta.

Por el lado de la demanda, siendo las industrias grandes consumidoras de agua y energía, la economía verde estará condicionada a la ecologización del sector industrial, un uso eficiente de los recursos y a una producción más limpia.

En el lado de la oferta, se ha de poner un énfasis especial  en la mejora de la eficiencia del uso del agua para la producción de energía – en esencia, producir más kWh por cada gota de agua. Para ello, sería necesario un marco normativo en el que se ofrezcan incentivos económicos y sociales para promover un uso eficiente del agua y proteger los ecosistemas de agua dulce.

Muchas de las mejoras de la eficiencia en los servicios públicos, tales como la reparación de fugas, requieren una atención regular para asegurar un suministro constante de agua y el ahorro energético.

Los desafíos involucrados incluyen las implicaciones del agua en la evolución de la combinación energética mundial, la necesidad de abordar la mitigación del cambio climático y la adaptación de una manera coordinada y, fundamentalmente, las diferentes estructuras de mercado para el agua y la energía.

El informe de 2013 “Global Risks Report”, elaborado por el Foro Económico Mundial, sitúa la "crisis del agua" como la cuarta más importante del mundo en probabilidad y la segunda en impacto. Por ejemplo, un abastecimiento no seguro de agua se convierte en un riesgo comercial importante para algunos directivos del sector energético. Asegurar el acceso a unos servicios energéticos modernos representa un reto esencial en la consecución de un desarrollo sostenible.

El agua y la energía también tienen impactos importantes sobre el alivio de la pobreza tanto directamente,  pues varios de los Objetivos de Desarrollo del Milenio dependen de importantes mejoras en el acceso al agua, al saneamiento, la energía y las fuentes de energía, como indirectamente,  pues la falta de acceso al AyE puede ser un factor limitante de un crecimiento económico sostenible, que es la esperanza para la reducción de la pobreza generalizada.

En términos de sostenibilidad, las tecnologías de energía renovable son muy importantes pues están basadas en recursos renovables en vez de en recursos finitos como la energía fósil.

La sostenibilidad de los servicios de los ecosistemas resulta fundamental para un crecimiento económico sostenible y para el bienestar humano. Reconocer que los ecosistemas proporcionan una variedad de servicios en el marco  del nexo entre el agua y la energía puede ayudar a la gestión de las compensaciones y a asegurar que los beneficios a corto plazo no perturben unos servicios que son críticos para la capacidad de recuperación y la sostenibilidad ambiental a largo plazo.

El documento final de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo Sostenible, celebrada en Río de Janeiro del 20 al 22 de junio de 2012, titulado “El futuro que queremos”, reconoce la necesidad de seguir incorporando el desarrollo sostenible a todos los niveles, integrando los aspectos económicos, sociales y ambientales y reconociendo su interconexión, con el fin de lograr un desarrollo sostenible en todas sus dimensiones.