Водените мелници използват кинетичната енергия от движещи се водни тела (обикновено реки или потоци), за да задвижват машини и да генерират електричество. Движението на водата задвижва водното колело, което от своя страна задвижва механичен процес в самата мелница. Най-често срещаният механичен процес, исторически свързан с водни мелници, е смилането на зърната в брашно. Първоначално е бил използван за тази цел в древна Гърция и продължава да се използва по този начин и днес. Други често срещани индустриални приложения на мелниците включват производство на текстил и дъскорезници.
Най-често използваните водни мелници в историята и в съвременните развиващи се страни са за смилане на зърнени култури в брашно. Те се наричат мелнички, мелници за царевица или мелници за брашно. Ранният дизайн на колелата в древна Гърция и Рим използвал хоризонтални гребла, които се наричали скандинавски колела. Греблото е прикрепено чрез вал към камък, който се смила срещу неподвижен камък "легло". Британските и американските мелници работят по подобен начин, но колелото е монтирано вертикално.
Най-ранното известно използване на дъскорезници се е случило в Източната Римска империя през втората половина на III век и продължава да се използва от средновековния период чрез индустриализацията. Водните дъскорезници също са били често срещани сред древния ислямски свят. Както при другите водни мелници, мелниците използват кинетична енергия от движеща се вода през водно колело, само в този случай кръговото движение на водното колело се превежда в движение напред-назад на острието на трион през пръчка, известна като „рамо на питман“. Фрезите, задвижвани от хидроенергия, са в състояние да произвеждат дървен материал от дървесни трупи по-бързо и ефективно от ръчен труд. Поради тази причина те продължават да бъдат често срещани и през американския колониален период, докато процесът не се задвижва електрически.
Прилагането на водни мелници за производството на текстил започва в средновековна Франция през 11 век. Тези мелнички за пълнене използваха движението на водното колело, за да повдигат дървени чукове (известни като пълнители), които бият върху плат. Памучните мелници използват въртящото се движение на колелото, за да „картират“ суров памук (разбиване и организиране на сурови бучки памук във вълна) и за тъкане на плат и завършена вълна.
Водените мелници все още се използват за преработка на зърно в развиващия се свят. Те са особено разпространени в селските райони на Индия и Непал. Въпреки че наличието на евтина електроенергия в началото на 20-ти век водните мелници на практика остаряха, някои исторически водни мелници продължават да работят в Съединените щати. Освен това някои водни мелници са модернизирани за производство на чиста, хидро-електрическа енергия в Обединеното кралство. Въпреки че те генерират значително по-малко енергия от големите водноелектрически централи, те имат предимството, че не се налага заграждане на големи реки.