球磨機主要由圓柱形筒體、端蓋、軸承和傳動大齒圈等部件組成，筒體內裝入直徑為25-150mm的鋼球或鋼棒，稱為磨介，其裝入量為整個筒體有較容積的25%-50%。筒體兩端有端蓋，端蓋利用螺釘與筒體端部法蘭相連接，端蓋的中部有孔，稱為中空軸頸，中空軸頸支承在軸承上，筒體可以轉動。筒體上還固定有大齒輪圈4。在驅動系統中，電動機通過聯軸器、減速器和小齒輪帶動大齒輪圈和筒體，緩緩轉動。當筒體轉動時，磨介隨筒上升至一定高度，然后呈拋物線落下或瀉落而下。
由于端蓋上有中空軸頸，物料從左方的中空軸頸給入筒體，并逐漸向右方擴散移動，當物料自左向右的移動過程中，旋轉筒體將鋼球帶至一定高度而落下將物料擊碎，而一部分鋼球在筒體成瀉落狀態對物料有研磨作用，整個移動過程也是物料的粉碎過程。
由于筒體的旋轉和磨介的運動，物料逐漸向右方擴散，后從右方的中空軸頸溢流排出，該類型的球磨機稱為溢流型球磨機。
另一種球磨機在右端（排料端）安設有格子板，格子板由若干塊扇形箅孔板組成，扇形板上的箅孔寬度為7-20mm，一般以7-8mm為宜，物料可以通過箅孔進入格子板與端蓋之間的空間內，然后由舉板，將物料向上提升，物料延著舉板滑落經過錐形塊面向右至中空軸頸，再由中空軸頸排出機外。
第三種方式是采用風力排料，物料從給料口進入球磨機，隨著磨機回轉，磨機內磨介（鋼球）對物料進行沖擊與研磨，物料從磨機的左端（進口）逐慚向右端移動，在移動過程也即物料的破碎、粉磨過程。在球磨機的出口端與風管相連接，在管路系統中串接著選粉機、旋風分離器、除塵器及風機的進口。當風力系統開車時，球磨機機體內也處于低負壓操作。當磨細的物料隨著磨機的轉動成松散狀，并隨著風力從出料口進入管道系統，由選粉器將粗顆粒分離后再送入球磨機進口，細粉由分離器分離回收，氣體由風機排入大氣。
當鋼球的充填率（全部鋼球的容積占筒體內部容積的百分數）占40%-50%，球磨機以不同轉速回轉時，筒體內的磨介可 能出現三種基本運動狀態。種情況轉速太高，離心力使鋼球隨著筒體一起旋轉，整個鋼球形成緊貼筒體內壁的一個圓環，稱為“周轉狀態”，磨介對物料起不到沖擊和研磨作用。第二種情況轉速太慢，物料和磨介沿磨機旋轉才升高至40°-50°（在升高期間各層之間也有相對滑動，稱滑落），當磨介和物料與筒體的摩擦力等于動摩擦角時，摩介和物料就下滑，稱為“瀉落狀態”。對物料有研磨作用，但對物料沒有沖擊作用，因而使粉磨效率差。第三種情況磨機轉速比較適中。磨介隨筒體提升到一定高度后，離開圓形軌道而沿拋物錢軌跡是自由落體下落，稱為“拋落狀態”，沿拋物線軌跡下落的鋼球，對筒體下部的鋼球或筒體襯板產生沖擊和研磨作用，使物料粉碎。
