För vattenhjul som används för att driva båtar, se paddelhjul. För hjul som enbart används för att lyfta vatten, se noria. För fabriker eller industrier som drivs av vattenhjul, se vattenkvarn.

Ett vattenhjul är ett vattenkraftsystem, en maskin för att utvinna kraft ur vattenflödet. Vattenhjul och vattenkraft användes i stor utsträckning under medeltiden och drev tillsammans med väderkvarnen den mesta industrin i Europa. Den vanligaste användningen av vattenhjulet var att mala mjöl i griskvarnar, men andra användningsområden var gjuteriarbete och maskinbearbetning, samt att slå linne för papperstillverkning.

Ett vattenhjul består av ett stort hjul av trä eller metall med ett antal blad eller hinkar placerade på den yttre fälgen som utgör drivytan. Vanligtvis är hjulet monterat vertikalt på en horisontell axel, men badkarshjulet eller det norrländska hjulet är monterat horisontellt på en vertikal axel. Vertikala hjul kan överföra kraft antingen genom axeln eller via en ringkugghjul och driver vanligtvis remmar eller kugghjul, medan horisontella hjul vanligtvis driver sin last direkt. En kanal som skapas för vattnet att följa efter att ha lämnat hjulet kallas vanligen för "tailrace".