Yksi tuulivoiman merkittävimmistä ympäristövaikutuksista on melu. Merkittävin melulähde on turbiinien roottorilavat, jotka tuottavat aerodynaamista laajakaistaista melua. Tuulivoimaloiden melusta häiriintyy enemmän ihmisiä kuin melualtistus-riippuvuus antaisi olettaa. Tämän katsotaan johtuvan mm. tuulivoimamelun erityisen häiritsevistä ominaisuuksista, jotka aiheutuvat pääosin melun amplitudimodulaatiosta (Uosukainen, VTT).
Ihminen kuulee parhaiten 200 Hz – 10 kHz taajuista ääntä. Myös pienitaajuista ääntä voi kuulla, jos äänenpainetaso on riittävän suuri. Hyvin matalilla taajuuksilla aistimus muuttuu paineen tunteeksi tärykalvoissa ja jaksottaisiksi, laskettavissa oleviksi sykäyksiksi (THL). Melu on ei-toivottua ääntä, joka koetaan epämiellyttäväksi tai häiritseväksi.
THL kirjoittaa melun terveysvaikutuksista seuraavaa: Häiritsevyys on yleisin ympäristömelun haitta. Viihtyvyyshaitan lisäksi melu voi häiritä keskittymistä. Lapsilla pitkäaikainen melualtistus voi johtaa häiriöihin mm. kielellisessä kehityksessä, oppimisessa ja muistissa. Melu saattaa vaikeuttaa nukahtamista ja herättää kesken unien, mutta ihmisen elimistö reagoi meluun, vaikka henkilö ei itse havahtuisi unesta. Pitkäaikainen univaje voi lisätä sydänsairauksien riskiä suoraan sekä heikentyneen psyykkisen terveyden kautta. Melun aiheuttama stressireaktio on osin tiedostamaton. Pitkittynyt elimistön stressitila voi aiheuttaa haitallisia muutoksia rasva-aineenvaihdunnassa ja heikentää immuunijärjestelmän toimintaa. Melualtistus voi olla yhteydessä sydäninfarktin riskiin.
Suomen Lääkärilehdessä vuonna 2012 julkaistussa katsauksessa ”Melulla on monia vaikutuksia terveyteen” todettiin, että suomalaisesta väestöstä 38 % on meluherkkiä. Nämä henkilöt kokevat melun häiritsevämpänä kuin muut, saavat herkemmin melun aiheuttamia unihäiriöitä ja ovat alttiimpia melun vaikutuksille sydän- ja verenkiertoelimistöön. Meluherkkyys on biologinen ja ainakin osaksi periytyvä ominaisuus, johon kyseinen henkilö ei voi suuresti vaikuttaa. Melu häiritsee unta ja lisää stressin välityksellä useiden kroonisten sairauksien riskiä ja esiintymistä. Pitkään jatkuessaan melualtistus on yksi verenpainetaudin, sepelvaltimotaudin ja sydäninfarktin riskitekijöistä.
Valtioneuvoston rahoittaman vuonna 2020 valmistuneen Tuulivoimaloiden infraääni ja terveys -tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko tuulivoimaloiden infraäänellä haitallisia vaikutuksia ihmisten terveyteen. Tutkimuksen yhteydessä tehdyt pitkäaikaismittaukset osoittivat, että asunnoissa, joissa asukkaiden tiedettiin yhdistäneen oireitaan tuulivoimaloiden infraääneen, infraäänitasot olivat merkittävästi suurempia kuin aiemmissa mittauksissa luonnontilaisilla alueilla. Tutkimuksessa päädyttiin kuitenkin johtopäätökseen, että infraäänialtistus ei selitä tuulivoimaan liitettyä oireilua.
Vuonna 2021 valmistuneessa laajassa tutkimuskatsauksessa ”Katsaus tutkimuksiin tuulivoiman infraäänen haitallisista vaikutuksista terveyteen” todetaan, tuulivoimaloiden terveyshaitat ovat suuri riski, jota ei oteta riittävästi huomioon tuulivoimantuotantoalueiden suunnittelussa. Tutkimuskatsauksessa käytiin läpi lähes 300 aihetta koskevaa alkuperäisjulkaisua. Tekijät Kimmo Suomi ja Pirjo Keränen esittävät Suomeen erityistä tutkimusohjelmaa sekä haittojen seurantaa poliittisen päätöksenteon tueksi.
Monet valtioneuvoston infraäänitutkimukseen osallistuneet kokivat tuulivoimaloiden kuuluvan äänen häiritseväksi ja liittivät oireitaan myös tuulivoimaloiden aiheuttamaan tärinään, ja sen aiheuttamaan asunnon rakenteiden resonoimiseen. Afry toteaa, että osa koetuista tärinähaitoista on selitettävissä infraäänillä, ja osa siipien pyörimisen vaikutuksesta syntyvällä matalataajuisella tärinällä, joka välittyy voimalan rungon ja perustusten kautta maaperään.