Термин «шаровая мельница» объединяет большую группу устройств различной конструкции и принципа действия, в которых процессы измельчения и смешения производятся с использованием шаров различного размера и плотности, материал которых может варьироваться от высокопрочных сплавов и плотной керамики до пластмасс.

Наиболее широко применяемая в промышленности барабанно-шаровая мельница представляет собой контейнер цилиндрической формы (барабан), ось вращения которого располагается горизонтально. В барабан помещаются стальные размольные (измельчающие) тела и размалываемый материал (пульпа). Размольные тела имеют, как правило, округлую форму (шары), но могут использоваться и другие формы, например, цилиндры, призмы. Отношение объема размольных тел к объему барабана определяет коэффициент заполнения шаровой мельницы. Барабан приводится во вращение вокруг горизонтальной оси. При этом в зависимости от скорости вращения барабана реализуются различные режимы помола. При малых скоростях помол осуществляется за счет перетирания размалываемого материала размольными телами, скользящими и перекатывающимися по поверхности барабана. При средних скоростях размольные тела, поднимаясь на некоторую высоту и падая, дополнительно оказывают ударное воздействие. При высоких скоростях вращения помол производится за счет центробежных сил. Производительность мельницы зависит от коэффициента заполнения и скорости вращения и при их определенных значениях достигает максимума. Различают сухой (сухое измельчение) и мокрый помол. При мокром помоле в барабан дополнительно вводится жидкость, он применяется для предотвращения агломерации частиц вещества, уменьшения дефектообразования, а также при измельчении взрывоопасных и сильнопылящих веществ.

Шаровые мельницы нашли широкое применение как в промышленности, например для помола углей на тепловых электростанциях, так и в лабораторной практике. В последнем случае, особенно при получении наноматериалов, часто используют энергонасыщенные шаровые мельницы различных типов. Использование бисерных и планетарных мельниц позволяет получать порошки и суспензии с размером частиц менее 100 нм. Распределение частиц по размеру при этом получается достаточно широким, и для выделения более узких фракций требуется использование различных методов сепарации. Кроме шаровых мельниц, в которых осуществляется вращение барабана, существуют также высокоэффективные вибрационные мельницы, в которых закрытая емкость с шарами и измельчаемым веществом подвергается вибрационному воздействию. Материал при этом измельчается при соударении шаров как со стаканом, так и между собой, а эффективность механоактивации при правильно рассчитанной траектории движения контейнера может быть сопоставимой или даже превосходить эффективность широко распространенных шаровых мельниц планетарного типа. Известны также примеры использования вибрационных шаровых мельниц для разрушения мембраны биологических клеток.