मशीनरी चलाने और बिजली उत्पन्न करने के लिए जल मिलें पानी के गतिशील निकायों (आमतौर पर नदियों या नालों) से गतिज ऊर्जा का उपयोग करती हैं। पानी की गति पानी के पहिये को चलाती है, जो बदले में मिल के भीतर ही एक यांत्रिक प्रक्रिया को शक्ति प्रदान करती है। ऐतिहासिक रूप से पानी की मिलों से जुड़ी सबसे आम यांत्रिक प्रक्रिया अनाज को आटे में पीस रही है। यह मूल रूप से प्राचीन ग्रीस में इस उद्देश्य के लिए इस्तेमाल किया गया था और आज भी इसी तरह इस्तेमाल किया जा रहा है। तरबूज के अन्य सामान्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में कपड़ा निर्माण और चीरघर शामिल हैं।
ऐतिहासिक रूप से और आधुनिक समय में विकासशील देशों में पानी की मिलों का सबसे आम उपयोग अनाज को आटे में पीसने के लिए होता है। इन्हें ग्रिस्टमिल्स, कॉर्न मिल्स या आटा मिल्स कहा जाता है। प्राचीन ग्रीस और रोम में शुरुआती पहिया डिजाइन में क्षैतिज पैडल लगाए गए थे जिन्हें नॉर्स व्हील कहा जाता था। पैडल एक शाफ्ट के माध्यम से एक धावक पत्थर से जुड़ा होता है जो एक निश्चित "बिस्तर" पत्थर के खिलाफ पीसता है। ब्रिटिश और अमेरिकी ग्रिस्टमिल एक समान तरीके से काम करते हैं, लेकिन पहिया लंबवत रूप से घुड़सवार होता है।
चीरघरों का सबसे पहला ज्ञात उपयोग पूर्वी रोमन साम्राज्य में तीसरी शताब्दी के उत्तरार्ध में हुआ और मध्यकाल से औद्योगीकरण के माध्यम से इसका उपयोग जारी रहा। प्राचीन इस्लामी दुनिया में हाइड्रो-संचालित चीरघर भी आम थे। अन्य जल मिलों की तरह, आरा मिलें पानी के पहिये के माध्यम से चलती पानी से गतिज ऊर्जा का दोहन करती हैं, केवल इस मामले में पानी के पहिये की वृत्ताकार गति का अनुवाद किया जाता है "पिटमैन आर्म" के रूप में जानी जाने वाली रॉड के माध्यम से आरा ब्लेड की आगे-पीछे की गति। हाइड्रो-पावर द्वारा संचालित सॉ मिलें लकड़ी की तुलना में अधिक तेज़ी से और कुशलता से लकड़ी का उत्पादन करने में सक्षम थीं capable शारीरिक श्रम। इस कारण से वे अमेरिकी औपनिवेशिक काल में तब तक आम बने रहे जब तक कि प्रक्रिया विद्युत रूप से संचालित नहीं हो गई।
वस्त्रों के उत्पादन के लिए जल मिलों का प्रयोग मध्यकालीन फ्रांस में ११वीं शताब्दी के दौरान शुरू हुआ। इन फुलिंग मिलों ने लकड़ी के हथौड़ों (जिन्हें फुलिंग स्टॉक के रूप में जाना जाता है) को उठाने के लिए पानी के पहिये की गति का इस्तेमाल किया जो कपड़े से टकराते थे। कपास मिलों ने कच्चे कपास को "कार्ड" करने के लिए पहिया की घूर्णन गति का उपयोग किया (कच्चे रूई को ऊन में तोड़ना और व्यवस्थित करना) और कपड़ा और तैयार ऊन बुनाई के लिए।
विकासशील देशों में अनाज के प्रसंस्करण के लिए अभी भी जल मिलों का उपयोग किया जाता है। वे विशेष रूप से पूरे ग्रामीण भारत और नेपाल में प्रचलित हैं। हालांकि 20वीं सदी की शुरुआत में सस्ती बिजली की उपलब्धता ने पानी की मिलों को लगभग अप्रचलित बना दिया, कुछ ऐतिहासिक जल मिलें संयुक्त राज्य में काम करना जारी रखती हैं। इसके अलावा, कुछ जल मिलों को यूनाइटेड किंगडम में स्वच्छ, जलविद्युत शक्ति का उत्पादन करने के लिए रेट्रो-फिट किया गया है। हालांकि ये बड़े जल-विद्युत संयंत्रों की तुलना में काफी कम बिजली उत्पन्न करते हैं, लेकिन बड़ी नदियों को बांधना आवश्यक नहीं होने का उन्हें फायदा होता है।