Οι μύλοι νερού αξιοποιούν την κινητική ενέργεια από κινούμενα σώματα νερού (συνήθως ποτάμια ή ρέματα) προκειμένου να οδηγούν μηχανήματα και να παράγουν ηλεκτρισμό. Η κίνηση του νερού οδηγεί τον τροχό του νερού, ο οποίος με τη σειρά του τροφοδοτεί μια μηχανική διαδικασία εντός του ίδιου του μύλου. Η πιο συνηθισμένη μηχανική διαδικασία που ιστορικά σχετίζεται με νερόμυλους είναι η άλεση των κόκκων σε αλεύρι. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε για το σκοπό αυτό στην αρχαία Ελλάδα και συνεχίζει να χρησιμοποιείται έτσι σήμερα. Άλλες κοινές βιομηχανικές εφαρμογές υδρόμυλων περιλαμβάνουν την κατασκευή υφασμάτων και πριονιστήρια.
Η πιο συνηθισμένη χρήση των υδρόμυλων ιστορικά και στις σύγχρονες αναπτυσσόμενες χώρες είναι η άλεση των σπόρων σε αλεύρι. Αυτοί καλούνται gristmills, καλαμποκιού ή αλευρόμυλοι. Ο πρώιμος σχεδιασμός τροχών στην αρχαία Ελλάδα και τη Ρώμη χρησιμοποίησε οριζόντια κουπιά που ονομάζονταν τροχοί Norse. Το κουπί συνδέεται μέσω ενός άξονα σε μια πέτρα δρομέα που αλέθεται πάνω σε μια σταθερή πέτρα "κρεβατιού". Βρετανοί και Αμερικανοί μύλοι λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο, αλλά ο τροχός είναι τοποθετημένος κάθετα.
Η παλαιότερη γνωστή χρήση πριονιστηρίων πραγματοποιήθηκε στην ανατολική Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία κατά το δεύτερο μισό του τρίτου αιώνα και συνέχισε να χρησιμοποιείται από τη μεσαιωνική περίοδο μέσω της εκβιομηχάνισης. Υδροκίνητα πριονιστήρια ήταν επίσης κοινά στον αρχαίο ισλαμικό κόσμο. Όπως και με άλλους μύλους νερού, οι μύλοι πριονιών αξιοποιούν την κινητική ενέργεια από το κινούμενο νερό μέσω ενός τροχού νερού, μόνο στην περίπτωση αυτή η κυκλική κίνηση του τροχού νερού μεταφράζεται στο κίνηση εμπρός-πίσω μιας πριονωτής λεπίδας μέσω μιας ράβδου γνωστής ως "βραχίονας pitman". Τα πριονιστήρια που κινούνται με υδροηλεκτρική ενέργεια ήταν ικανά να παράγουν ξυλεία από κορμούς πιο γρήγορα και αποτελεσματικά από ό, τι χειρωνακτική εργασία. Για το λόγο αυτό συνέχισαν να είναι κοινά καλά στην αμερικανική αποικιακή περίοδο έως ότου η διαδικασία ενεργοποιήθηκε ηλεκτρικά.
Η εφαρμογή των υδρόμυλων στην παραγωγή υφασμάτων άρχισε στη μεσαιωνική Γαλλία τον 11ο αιώνα. Αυτοί οι μύλοι πλήρωσης χρησιμοποίησαν την κίνηση του υδραυλικού τροχού για να ανυψώσουν τα ξύλινα σφυριά (γνωστά ως αποθέματα γεμίσματος) που χτύπησαν στο ύφασμα. Οι μύλοι βαμβακιού χρησιμοποίησαν την περιστρεφόμενη κίνηση του τροχού για να "χαρτογραφήσουν" ακατέργαστο βαμβάκι (διάσπαση και οργάνωση ακατέργαστων συστάδων βαμβακιού σε μαλλί) και για ύφανση υφάσματος και τελικού μαλλιού.
Οι μύλοι νερού χρησιμοποιούνται ακόμη για την επεξεργασία σιτηρών σε όλο τον αναπτυσσόμενο κόσμο. Είναι ιδιαίτερα διαδεδομένες σε ολόκληρη την αγροτική Ινδία και το Νεπάλ. Αν και η διαθεσιμότητα φθηνού ηλεκτρικού ρεύματος στις αρχές του 20ου αιώνα κατέστησε τους υδρόμυλους σχεδόν παρωχημένους, ορισμένοι ιστορικοί μύλοι νερού συνεχίζουν να λειτουργούν στις Ηνωμένες Πολιτείες. Επιπλέον, ορισμένοι μύλοι νερού έχουν τοποθετηθεί ρετρό για να παράγουν καθαρή υδροηλεκτρική ενέργεια στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ενώ αυτά παράγουν σημαντικά λιγότερη ισχύ από τα μεγάλα υδροηλεκτρικά εργοστάσια, έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτούν φραγμό μεγάλων ποταμών.