Vandens malūnai naudoja kinetinę energiją iš judančių vandens telkinių (paprastai upių ar upelių), kad galėtų vairuoti mašinas ir gaminti elektrą. Vandens judėjimas varo vandens ratą, kuris savo ruožtu valdo mechaninį procesą pačiame malūne. Dažniausiai mechaninis procesas, istoriškai susijęs su vandens malūnais, yra grūdų malimas į miltus. Iš pradžių jis buvo naudojamas šiam tikslui senovės Graikijoje ir taip naudojamas iki šiol. Kiti pramoniniai vandens malūnų pritaikymai yra tekstilės gamyba ir lentpjūvės.
Istoriškai ir šiuolaikinėse besivystančiose šalyse vandens malūnai dažniausiai naudojami malti grūdus į miltus. Tai vadinama grūstuvėmis, kukurūzų malūnais arba miltų malūnais. Ankstyvoje senovės Graikijos ir Romos konstrukcijoje buvo naudojamos horizontalios mentės, kurios buvo vadinamos skandinavų ratais. Irkla per veleną pritvirtinta prie bėgiko akmens, kuris šlifuojamas prieš fiksuotą „lovos“ akmenį. Didžiosios Britanijos ir Amerikos malūnėliai veikia panašiai, tačiau ratas tvirtinamas vertikaliai.
Ankstyviausias žinomas lentpjūvių panaudojimas buvo rytinėje Romos imperijoje trečiojo amžiaus antroje pusėje ir buvo naudojamas nuo viduramžių iki industrializacijos. Hidroelektrinės lentpjūvės buvo paplitusios ir senovės islamo pasaulyje. Kaip ir kituose vandens malūnuose, pjūklai naudoja kinetinę energiją, judančią vandenį per vandens ratą, tik šiuo atveju vandens rato sukamasis judesys pjūklo ašmenų judėjimas pirmyn ir atgal per strypą, vadinamą „pitmano ranka“. Hidroelektrinėmis veikiantys pjūklai galėjo greičiau ir efektyviau iš rąstų pagaminti medieną nei fizinis darbas. Dėl šios priežasties jie ir toliau buvo paplitę dar Amerikos kolonijiniame laikotarpyje, kol šis procesas buvo maitinamas elektra.
Vandens malūnai tekstilės gamybai buvo pradėti taikyti viduramžių Prancūzijoje XI amžiuje. Šie pripildymo malūnai vandens rato judesiu pakėlė medinius plaktukus (vadinamus užpildymo atsargomis), kurie numušė audinį. Medvilnės fabrikai sukamą rato judesį naudojo žaliajai medvilnei „suskardyti“ (suskaidyti ir sutvarkyti neapdorotus medvilnės gabalėlius į vilną), audė audinius ir gatavą vilną.
Vandens malūnai vis dar naudojami grūdams perdirbti visame besivystančiame pasaulyje. Jie ypač paplitę visoje Indijos ir Nepalo kaime. Nors 20-ojo amžiaus pradžioje prieinamos pigios elektros energijos malūnai praktiškai paseno, kai kurie istoriniai vandens malūnai ir toliau veikia JAV. Be to, kai kurie vandens malūnai buvo pritaikyti švariai hidroelektrinei gaminti Jungtinėje Karalystėje. Nors jos generuoja žymiai mažiau energijos nei didelės hidroelektrinės, jų pranašumas yra tas, kad nereikia užtvenkti didelių upių.