Водяные мельницы используют кинетическую энергию движущихся водоемов (обычно рек или ручьев) для привода механизмов и выработки электроэнергии. Движение воды приводит в движение водяное колесо, которое, в свою очередь, приводит в действие механический процесс внутри самой мельницы. Самый распространенный механический процесс, исторически связанный с водяными мельницами, - это измельчение зерна в муку. Первоначально он использовался для этой цели в Древней Греции и используется до сих пор. Другие общие промышленные применения водяных мельниц включают текстильное производство и лесопилки.
В прошлом и в современных развивающихся странах водяные мельницы чаще всего использовались для измельчения зерна в муку. Их называют мельницами для зерна, кукурузными мельницами или мукомольными мельницами. В ранней конструкции колес в Древней Греции и Риме использовались горизонтальные лопасти, которые назывались норвежскими колесами. Лопасть прикреплена через вал к бегунку, который трется о неподвижный камень «постель». Британские и американские мельницы работают аналогично, но колесо установлено вертикально.
Самое раннее известное использование лесопилок произошло в восточной части Римской империи во второй половине третьего века и продолжало использоваться со средневековья через индустриализацию. Лесопилки с гидроэнергетикой также были распространены в древнем исламском мире. Как и в случае с другими водяными мельницами, пилорамы используют кинетическую энергию от перемещения воды через водяное колесо, только в этом случае круговое движение водяного колеса преобразуется в возвратно-поступательное движение полотна пилы через стержень, известный как «рука питмена». Лесопильные заводы, приводимые в движение гидроэнергетикой, могли производить пиломатериалы из бревен быстрее и эффективнее, чем ручной труд. По этой причине они продолжали быть обычным явлением даже в американский колониальный период, пока процесс не перешел на электрическую энергию.
Применение водяных мельниц для производства текстиля началось в средневековой Франции в 11 веке. Эти валяльные машины использовали движение водяного колеса для подъема деревянных молотков (известных как валяльные ложи), которые ударяли по ткани. Хлопчатобумажные фабрики использовали вращательное движение колеса для «кардочесания» хлопка-сырца (разбиения и организации сырых комков хлопка в шерсть) и для ткачества ткани и готовой шерсти.
Водяные мельницы до сих пор используются для обработки зерна во всем развивающемся мире. Они особенно распространены в сельских районах Индии и Непала. Хотя доступность дешевой электроэнергии в начале 20-го века сделала водяные мельницы практически устаревшими, некоторые исторические водяные мельницы продолжают работать в Соединенных Штатах. Более того, некоторые водяные мельницы были модернизированы для производства чистой гидроэлектроэнергии в Соединенном Королевстве. Хотя они вырабатывают значительно меньше энергии, чем крупные гидроэлектростанции, их преимущество заключается в том, что они не требуют создания плотин на больших реках.