Młyny wodne wykorzystują energię kinetyczną z poruszających się zbiorników wodnych (zwykle rzek lub strumieni) w celu napędzania maszyn i generowania elektryczności. Ruch wody napędza koło wodne, które z kolei napędza proces mechaniczny w samym młynie. Najpopularniejszym procesem mechanicznym historycznie związanym z młynami wodnymi jest mielenie ziaren na mąkę. Pierwotnie był używany w tym celu w starożytnej Grecji i nadal jest używany w ten sposób. Inne powszechne zastosowania przemysłowe młynów wodnych obejmują produkcję tekstyliów i tartaki.
Historycznie i we współczesnych krajach rozwijających się najczęstszym zastosowaniem młynów wodnych jest mielenie ziarna na mąkę. Są to tak zwane młyny śrutowe, młyny kukurydziane lub młyny do mąki. Wczesne projekty kół w starożytnej Grecji i Rzymie wykorzystywały poziome wiosła, które nazywano kołami nordyckimi. Wiosło jest przymocowane za pomocą wałka do kamienia biegnącego, który szlifuje się o nieruchomy kamień „łóżkowy”. Młyny brytyjskie i amerykańskie działają w podobny sposób, ale koło jest zamontowane pionowo.
Najwcześniejsze znane zastosowanie tartaków miało miejsce we wschodnim Cesarstwie Rzymskim w drugiej połowie III wieku i było stosowane od średniowiecza do industrializacji. Tartaki napędzane energią wodną były również powszechne w starożytnym świecie islamskim. Podobnie jak w przypadku innych młynów wodnych, tartaki wykorzystują energię kinetyczną z przemieszczania wody przez koło wodne, tylko w tym przypadku ruch kołowy koła wodnego jest przekładany na ruch piły do przodu i do tyłu przez pręt znany jako „ramię dobijaka”. Tartaki napędzane energią wodną były w stanie produkować drewno z kłód szybciej i wydajniej niż Praca fizyczna. Z tego powodu nadal były powszechne w amerykańskim okresie kolonialnym, dopóki proces ten nie został zasilany elektrycznie.
Zastosowanie młynów wodnych do produkcji tekstyliów rozpoczęło się w średniowiecznej Francji w XI wieku. Te młyny foluszowe wykorzystywały ruch koła wodnego do podnoszenia drewnianych młotków (znanych jako folusze), które uderzały o tkaninę. Fabryki bawełny wykorzystywały ruch obrotowy koła do „kartkowania” surowej bawełny (rozbijania i organizowania surowych kęp bawełny w wełnę) oraz do tkania materiału i gotowej wełny.
Młyny wodne są nadal używane do przetwarzania zboża w krajach rozwijających się. Są one szczególnie rozpowszechnione na terenach wiejskich Indii i Nepalu. Chociaż dostępność taniej energii elektrycznej na początku XX wieku sprawiła, że młyny wodne stały się praktycznie przestarzałe, niektóre historyczne młyny wodne nadal działają w Stanach Zjednoczonych. Ponadto w Wielkiej Brytanii zmodernizowano niektóre młyny wodne, aby wytwarzać czystą energię hydroelektryczną. Chociaż wytwarzają one znacznie mniej energii niż duże elektrownie wodne, mają tę zaletę, że nie wymagają tamowania dużych rzek.