Kincir air memanfaatkan energi kinetik dari badan air yang bergerak (biasanya sungai atau aliran air) untuk menggerakkan mesin dan menghasilkan listrik. Pergerakan air menggerakkan kincir air, yang pada gilirannya menggerakkan proses mekanis di dalam gilingan itu sendiri. Proses mekanis yang paling umum secara historis terkait dengan penggilingan air adalah penggilingan biji-bijian menjadi tepung. Ini awalnya digunakan untuk tujuan ini di Yunani kuno dan terus digunakan dengan cara ini hari ini. Aplikasi industri umum lainnya dari kincir air termasuk manufaktur tekstil dan penggergajian kayu.
Penggunaan paling umum dari pabrik air secara historis dan di negara berkembang modern adalah untuk menggiling biji-bijian menjadi tepung. Ini disebut gristmills, pabrik jagung atau pabrik tepung. Desain roda awal di Yunani kuno dan Roma menggunakan dayung horizontal yang disebut roda Norse. Dayung dipasang melalui poros ke batu pelari yang menggiling batu "tempat tidur" tetap. Gristmills Inggris dan Amerika bekerja dengan cara yang sama, tetapi roda dipasang secara vertikal.
Penggunaan penggergajian kayu yang paling awal diketahui terjadi di Kekaisaran Romawi timur pada paruh kedua abad ketiga dan terus digunakan dari periode abad pertengahan melalui industrialisasi. Penggergajian bertenaga air juga umum di antara dunia Islam kuno. Seperti kincir air lainnya, kincir gergaji memanfaatkan energi kinetik dari air yang bergerak melalui kincir air, hanya dalam hal ini gerakan kincir air diterjemahkan ke gerakan bolak-balik dari mata gergaji melalui batang yang dikenal sebagai "lengan pitman." Pabrik gergaji yang digerakkan oleh tenaga air mampu menghasilkan kayu dari kayu bulat lebih cepat dan efisien daripada tenaga kerja manual. Untuk alasan ini mereka terus menjadi umum hingga masa kolonial Amerika sampai prosesnya menjadi bertenaga listrik.
Penerapan pabrik air untuk produksi tekstil dimulai di Prancis abad pertengahan selama abad ke-11. Pabrik fulling ini menggunakan gerakan kincir air untuk mengangkat palu kayu (dikenal sebagai fulling stock) yang memukul di atas kain. Pabrik kapas menggunakan gerakan memutar roda untuk "mengikat" kapas mentah (memecah dan mengatur gumpalan kapas mentah menjadi wol) dan untuk menenun kain dan wol jadi.
Penggilingan air masih digunakan untuk memproses biji-bijian di seluruh negara berkembang. Mereka sangat umum di seluruh pedesaan India dan Nepal. Meskipun ketersediaan listrik murah di awal abad ke-20 membuat kincir air hampir usang, beberapa kincir air bersejarah terus beroperasi di Amerika Serikat. Selain itu, beberapa kincir air telah dipasang kembali untuk menghasilkan tenaga hidro-listrik yang bersih di Inggris. Meskipun pembangkit ini menghasilkan daya yang jauh lebih kecil daripada pembangkit listrik tenaga air besar, pembangkit ini memiliki keuntungan karena tidak perlu membendung sungai besar.