Dans la majorité des cas la roue à aubes est verticale (axe horizontal) :
À partir de la révolution industrielle, et plutôt au XXe siècle, certains moulins utilisent une roue horizontale (à axe vertical) également dite « turbine », en particulier dans le cas des moulins « à retenue », qui sont en général de taille modeste. Le niveau d'eau est maintenu à une hauteur suffisante en amont du moulin par un barrage ou un seuil muni d'un déversoir. Ce matériel est réputé pour blesser ou tuer les poissons, alors qu'ils franchissent sains et saufs les roues à aubes.
Dans tous les cas une grille protège la roue ou la turbine des branches, troncs ou objets amenés par le courant qui pourrait endommager ces pièces. Cette grille doit être nettoyée régulièrement.
Dans certaines installations, l'eau nécessaire au fonctionnement est amenée par une conduite dans une cuve attenante au moulin et stockant cette eau.
L'énergie produite par un moulin à eau est utilisée localement. Elle est transmise et éventuellement démultipliée mécaniquement à l'appareil à mouvoir, par l'intermédiaire d'engrenages ou de courroies.