Всі стародавні механізми приводилися в дію м'язовою силою людей або тварин. Вітрильні кораблі використовували енергію вітру. а приблизно з 80 р. до н.е. е. коли з'явилися перші водяні колеса, стало можливим використовувати і енергію води.
Водяне колесо - це найпростіше механічний пристрій, що застосовувалося в давнину в якості двигуна. Являє собою колесо. по обіду якого укріплено безліч лопаток, або лопатей, що приходять в рух під напором води. Колесо насаджували на вал, а від нього обертання передавалося далі до тієї машини, яку хотіли привести в дію. Найбільш древнє і докладний опис водяних коліс, використовуваних на соляних заводах, для зрошення садів і помелу зерна, міститься в книзі римського архітектора Марка Вітрувія Поллиона.
Перші водяні колеса робили горизонтальними: їх поміщали в проточну воду, а на вертикальній осі (валі) встановлювали млинове. Борошномельні млини з горизонтальними водяними колесами ще й зараз можна іноді побачити в Норвегії.
Пізніше водяні колеса стали встановлювати вертикально, а обертається ними вал - горизонтально. Залежно від того, як колеса розміщувалися щодо потоку води. їх ділили на подлівние (ніжнебойние), наливні (верхнебойние) і среднебойние. У подлівних колесах вода проходила під ними і вдаряла в лопаті знизу. Для безперервної роботи цих пристроїв річки часто перегороджували греблями і створювали водосховища. що отримали назву млинових швидкотоків або підвідних каналів. Вода з них витікала тільки через спеціально влаштовані отвори, завдяки чому швидкість потоку була постійною. Коефіцієнт корисної дії подлівних коліс був невисокий - всього лише 35%, що змушувало стародавніх інженерів замислюватися про те, як ефективніше використовувати енергію води. В результаті були винайдені среднебойние водяні колеса. Їх встановлювали в місцях з невеликим перепадом рівня води так, щоб вона вдаряла на лопаті трохи зверху, діючи не тільки своєю силою, але і вагою. Коефіцієнт корисної дії таких водяних коліс становив уже 75%. В ході подальшого удосконалення були створені наливні (верхньо-бійні) колеса, що приводяться в рух падаючої зверху водою. Вони виявилися найпотужнішими і виробляли енергії значно більше інших. Наприклад, наливний колесо діаметром 2 м дозволяло отримувати 3 л. с, а подлівное такого ж розміру - лише 0, 5 л. с. Коефіцієнт корисної дії становив при цьому майже 85%.
Найбільший комплекс водяних коліс, побудованих римлянами, знаходився поруч з містом Барбегаль (південь суч. Франції). Вода з річки Дюранс надходила в акведук, що спускався вниз з крутого пагорба у вигляді поручнів величезних сходів. На цій «сходах» було 8 широких ступенів, або виступів, з боків яких знаходилося по 2 наливних водяних колеса, пов'язаних з млиновими жорнами. Згідно з розрахунками вчених, щодня на цьому млині могли перемелювати близько 25 т зерна, забезпечуючи борошном не тільки жителів Барбегаля, але і що знаходиться неподалік Арля.
В середні віки в Європі водяні колеса встановлювали не тільки на борошномельних млинах, а й на лісопилках і в каменоломнях, де з їх допомогою розпилювали великі дерева і будівельне каміння. У країнах Близького Сходу великого поширення набули подлівние водяні колеса, звані норіями. Часто у них замість лопаток по обіду колеса зміцнювали ковші, щоб легше було зачерпувати воду і піднімати її вгору, подаючи потім на поля. Середньовічні китайські вчені та Сін і Су Сун використовували водяні колеса при створенні складних астрономічних приладів, котрі поєднували в собі рухливий небесний глобус, армілярную сферу і годинник.
Наливне водяне колесо. Сила натиску і вага води, що падає згори, змушують колесо обертатися. Подлівное водяне колесо. Воно встановлюється безпосередньо в потоці води і приводиться в рух тільки під її натиском.
У Норії, або подлівние водяні колеса з великою кількістю лопаток, залишалися практично незмінними протягом багатьох століть. Ці дві норії встановлені на річці Оронт у м Хама (суч. Сирія). Їх розмір можна оцінити, порівнявши з фігурою людини, що стоїть у центру правого колеса.