تعمل طواحين المياه على تسخير الطاقة الحركية من المسطحات المائية المتحركة (الأنهار أو الجداول عادة) من أجل قيادة الآلات وتوليد الكهرباء. تحرك حركة الماء عجلة الماء ، والتي بدورها تعمل على تشغيل عملية ميكانيكية داخل الطاحونة نفسها. العملية الميكانيكية الأكثر شيوعًا المرتبطة تاريخياً بمطاحن المياه هي طحن الحبوب إلى دقيق. تم استخدامه في الأصل لهذا الغرض في اليونان القديمة وما زال يستخدم بهذه الطريقة اليوم. تشمل التطبيقات الصناعية الشائعة الأخرى للطواحين المائية تصنيع المنسوجات والمناشر.
الاستخدام الأكثر شيوعًا لمطاحن المياه تاريخياً وفي البلدان النامية الحديثة هو طحن الحبوب وتحويلها إلى دقيق. وتسمى هذه المطاحن المطاحن أو مطاحن الذرة أو مطاحن الدقيق. استخدم التصميم المبكر للعجلات في اليونان القديمة وروما مجاذيف أفقية كانت تسمى عجلات نورسية. يتم توصيل المجداف عبر عمود إلى حجر عداء يطحن على حجر "سرير" ثابت. تعمل المطاحن البريطانية والأمريكية بطريقة مماثلة ، لكن العجلة مثبتة رأسياً.
حدث أول استخدام معروف لمناشر الخشب في الإمبراطورية الرومانية الشرقية في النصف الأخير من القرن الثالث واستمر استخدامها من العصور الوسطى من خلال التصنيع. كانت المناشر التي تعمل بالطاقة المائية شائعة أيضًا بين العالم الإسلامي القديم. كما هو الحال مع طواحين المياه الأخرى ، تستغل مصانع المنشار الطاقة الحركية من تحريك الماء عبر عجلة مائية ، فقط في هذه الحالة يتم ترجمة الحركة الدائرية لعجلة المياه إلى حركة ذهابًا وإيابًا لشفرة المنشار من خلال قضيب يُعرف باسم "ذراع بيتمان". كانت مصانع المناشير التي تعمل بالطاقة المائية قادرة على إنتاج الأخشاب من جذوع الأشجار بسرعة وكفاءة أكبر من أعمال يدوية. لهذا السبب استمروا في الظهور بشكل جيد في الفترة الاستعمارية الأمريكية حتى أصبحت العملية تعمل بالكهرباء.
بدأ تطبيق طواحين المياه في إنتاج المنسوجات في فرنسا في العصور الوسطى خلال القرن الحادي عشر. استخدمت طواحين الامتلاء هذه حركة عجلة المياه لرفع المطارق الخشبية (المعروفة باسم مخزون الملء) التي تدق على القماش. استخدمت مصانع القطن الحركة الدوارة للعجلة "لتمشيط" القطن الخام (تفتيت وتنظيم كتل القطن الخام إلى صوف) ونسج القماش والصوف النهائي.
لا تزال طواحين المياه تستخدم لمعالجة الحبوب في جميع أنحاء العالم النامي. وهي منتشرة بشكل خاص في جميع أنحاء المناطق الريفية في الهند ونيبال. على الرغم من أن توافر الكهرباء الرخيصة في أوائل القرن العشرين جعل طواحين المياه عفا عليها الزمن تقريبًا ، إلا أن بعض طواحين المياه التاريخية لا تزال تعمل في الولايات المتحدة. علاوة على ذلك ، تم تجهيز بعض طواحين المياه بأثر رجعي لإنتاج طاقة كهربائية مائية نظيفة في المملكة المتحدة. في حين أن هذه تنتج طاقة أقل بكثير من المحطات الكهرومائية الكبيرة ، إلا أنها تتمتع بميزة عدم استلزام بناء السدود في الأنهار الكبيرة.
