Att flytta vatten har mycket energi. Bara sex tum (15 centimeter) rinnande vatten kan tvätta bort en liten bil. Ett vattenhjul är ett tidigt, framgångsrikt försök att utnyttja energin från rinnande vatten och använda det för människor. Ett vattenhjul är ett hjul med paddlar eller hinkar fästa vid det. Vatten rinner över paddlarna eller hinkarna, vilket får hjulet att röra sig och gör att energi kan överföras för att kunna utföra arbete.
Vattenhjul har använts i årtusenden. Det finns faktiskt bevis för att de var i bruk så tidigt som 4000 f.Kr. En grekisk författare, Antipater, nämnde ett vattenhjul i ett av sina verk. Bevis på vattenhjul kan hittas över hela världen, inklusive i Italien, Indien, Kina och Amerika. Oavsett var de finns, delas vattenhjul vanligtvis in i tre kategorier: det horisontella hjulet, det överskjutande hjulet och det underliggande hjulet.
Ett horisontellt hjul anses vara den tidigaste formen av vattenhjul. Själva hjulet placeras vanligtvis på golvet i en kvarn eller där det används. Snabbt rinnande vatten tillåts sedan skölja över det, träffa paddlarna och få hjulet att svänga. Det vridande hjulet är fäst med en vertikal axel till den övre kvarnstenen, som vrider och slipar hjulet mot en stationär nedre kvarnsten. Detta är den minst effektiva formen av vattenhjul.
Det underliggande vattenhjulet är mer effektivt. Denna typ av vertikala hjul kan användas där landskapet är platt. Vattnets kraft trycker paddlarna under hjulet, vilket får det att rotera. En variant av denna typ av hjul, även om den ibland klassificeras som sin egen typ, är bröstskottshjulet. Med den här typen av hjul träffar vattnet skoporna nära – eller strax ovanför – hjulets mitt.
Genom att använda cirka 63 % av vattnets energi är överskottshjulet den mest effektiva typen av vattenhjul. Ett backshot-hjul är en variant av denna typ. Detta vertikala hjul använder vattnet som häller ovanpå hjulet för att flytta det. Således rör sig inte bara hjulet med vattnets kraft, utan det utnyttjar också tyngdkraften. Ofta måste vattnet som används för att flytta dessa hjul dämmas eller avledas på något sätt. Även om den här typen av vattenhjul är den mest effektiva kan dess konstruktion också påverka miljön mest.