טחנות מים רותמות אנרגיה קינטית מגופי מים נעים (בדרך כלל נהרות או נחלים) במטרה להניע מכונות ולהפיק חשמל. תנועת המים מניעה את גלגל המים, אשר בתורו מניע תהליך מכני בתוך הטחנה עצמה. התהליך המכני הנפוץ ביותר הקשור היסטורית לטחנות מים הוא טחינת גרגרים לקמח. במקור הוא שימש למטרה זו ביוון העתיקה וממשיך להשתמש בו גם כיום. יישומים תעשייתיים נפוצים אחרים של טחנות מים כוללים ייצור טקסטיל ומנסרות.
השימוש הנפוץ ביותר במפעלי מים מבחינה היסטורית ובמדינות מתפתחות של ימינו הוא לטחינת דגנים לקמח. אלה נקראים טחנות, טחנות תירס או טחנות קמח. תכנון גלגלים מוקדם ביוון העתיקה וברומא העסיק משוטים אופקיים שנקראו גלגלים נורדיים. ההנעה מחוברת באמצעות פיר לאבן ראנר שנשחזת נגד אבן "מיטה" קבועה. טחנות בריטית ואמריקה עובדות באופן דומה, אך הגלגל מותקן אנכית.
השימוש המוקדם ביותר הידוע במנסרות התרחש במזרח האימפריה הרומית במחצית השנייה של המאה השלישית והמשיך להיות מועסק מתקופת ימי הביניים ועד לתיעוש. מנסרות מונעות הידרו היו נפוצות גם בעולם האסלאמי העתיק. כמו בטחנות מים אחרות, טחנות המסור רותמות אנרגיה קינטית מהעברת מים דרך גלגל מים, רק במקרה זה התנועה המעגלית של גלגל המים מתורגמת ל תנועה קדימה ואחורה של להב מסור דרך מוט המכונה "זרוע פיטמן". טחנות מסור המונעות על ידי הידרו-כוח היו מסוגלות לייצר עצים מהבולים במהירות וביעילות רבה יותר מאשר עבודה ידנית. מסיבה זו הם המשיכו להיות נפוצים גם בתקופה הקולוניאלית האמריקאית עד שהתהליך הפעל חשמל.
יישום טחנות מים לייצור טקסטיל החל בצרפת מימי הביניים במהלך המאה ה -11. טחנות המילוי הללו השתמשו בתנועת גלגל המים להרמת פטישי עץ (המכונים מלאי מלא) שהכו על בד. טחנות כותנה השתמשו בתנועה המסתובבת של הגלגל כדי "לקלף" כותנה גולמית (פירוק וארגון גושי כותנה גולמיים לצמר) ולאריגת בד וצמר מוגמר.
טחנות מים משמשות עדיין לעיבוד תבואה ברחבי העולם המתפתח. הם נפוצים במיוחד בכל רחבי הודו ונפאל. למרות שהזמינות של חשמל זול בתחילת המאה ה -20 הפכה טחנות מים כמעט למיושנות, כמה טחנות מים היסטוריות ממשיכות לפעול בארצות הברית. יתר על כן, כמה טחנות מים הותאמו בדיעבד כדי לייצר אנרגיה הידרו-חשמלית נקייה בבריטניה. בעוד שאלה מייצרים פחות כוח משמעותית ממפעלים הידרו-חשמליים גדולים, יש להם את היתרון בכך שהם לא חייבים לסנוור נהרות גדולים.