Wassermühlen nutzen kinetische Energie aus sich bewegenden Gewässern (normalerweise Flüsse oder Bäche), um Maschinen anzutreiben und Strom zu erzeugen. Die Bewegung des Wassers treibt das Wasserrad an, das wiederum einen mechanischen Prozess in der Mühle selbst antreibt. Der gebräuchlichste mechanische Prozess, der historisch mit Wassermühlen verbunden ist, ist das Mahlen von Körnern zu Mehl. Es wurde ursprünglich im antiken Griechenland zu diesem Zweck verwendet und wird auch heute noch so verwendet. Andere übliche industrielle Anwendungen von Wassermühlen umfassen die Textilherstellung und Sägewerke.
Die häufigste Verwendung von Wassermühlen in der Geschichte und in modernen Entwicklungsländern ist das Mahlen von Getreide zu Mehl. Diese werden Getreidemühlen, Getreidemühlen oder Getreidemühlen genannt. Frühes Raddesign im antiken Griechenland und Rom verwendete horizontale Paddel, die als nordische Räder bezeichnet wurden. Das Paddel ist über eine Welle an einem Laufstein befestigt, der gegen einen festen "Bett"-Stein schleift. Britische und amerikanische Getreidemühlen funktionieren auf ähnliche Weise, aber das Rad ist vertikal montiert.
Die früheste bekannte Verwendung von Sägewerken fand im Oströmischen Reich in der zweiten Hälfte des dritten Jahrhunderts statt und wurde vom Mittelalter bis zur Industrialisierung weiter genutzt. Wasserbetriebene Sägewerke waren auch in der alten islamischen Welt üblich. Wie bei anderen Wassermühlen nutzen Sägewerke kinetische Energie aus der Bewegung von Wasser durch ein Wasserrad, nur in diesem Fall wird die Kreisbewegung des Wasserrads in die Hin- und Herbewegung eines Sägeblatts durch eine Stange, die als "Pickman-Arm" bekannt ist. Mit Wasserkraft betriebene Sägewerke waren in der Lage, Holz aus Rundhölzern schneller und effizienter zu produzieren als Handarbeit. Aus diesem Grund waren sie bis weit in die amerikanische Kolonialzeit hinein verbreitet, bis der Prozess elektrisch angetrieben wurde.
Die Anwendung von Wassermühlen zur Herstellung von Textilien begann im mittelalterlichen Frankreich im 11. Jahrhundert. Diese Walkmühlen nutzten die Bewegung des Wasserrades, um Holzhämmer (bekannt als Walkstöcke) anzuheben, die auf Stoff schlagen. Baumwollspinnereien nutzten die Drehbewegung des Rades, um Rohbaumwolle zu "kardieren" (rohe Baumwollklumpen aufzubrechen und zu Wolle zu organisieren) und zum Weben von Stoff und fertiger Wolle.
Wassermühlen werden in den Entwicklungsländern immer noch für die Getreideverarbeitung verwendet. Sie sind besonders im ländlichen Indien und Nepal verbreitet. Obwohl die Verfügbarkeit von billigem Strom zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Wassermühlen praktisch überflüssig machte, sind einige historische Wassermühlen in den Vereinigten Staaten weiterhin in Betrieb. Darüber hinaus wurden einige Wassermühlen im Vereinigten Königreich nachgerüstet, um saubere Wasserkraft zu erzeugen. Diese erzeugen zwar deutlich weniger Strom als große Wasserkraftwerke, haben aber den Vorteil, dass keine großen Flüsse aufgestaut werden müssen.