טחנת הכדורים מורכבת מגליל אופקי, פיר חלול להזנה ופריקה, ראש שחיקה וחלקים נוספים. הגליל הוא גליל ארוך, והגליל מצויד בגוף שחיקה. הגליל עשוי מלוח פלדה, והוא מקובע עם לוחית בטנה מפלדה. גוף הטחינה הוא בדרך כלל כדור פלדה, הנטען לתוך הגליל לפי קטרים שונים ופרופורציה מסוימת. גוף השחזה יכול להיות עשוי גם מקטעי פלדה. הוא נבחר על פי גודל החלקיקים של חומרי הטחינה. החומרים מועמסים לתוך הגליל על ידי הפיר החלול בקצה ההזנה של טחנת הכדורים. כאשר הגליל של טחנת הכדור מסתובב, גוף הטחינה מחובר ללוחית הצילינדר ונלקח על ידי הגליל עקב אינרציה, כוח צנטריפוגלי וחיכוך. כאשר מביאים אותו לגובה מסוים, הוא נזרק מטה בגלל כוח המשיכה שלו. גוף השחזה הנופל, כמו קליע, שובר את החומרים שבגליל.
החומרים נכנסים לתא הראשון של הטחנה דרך מכשיר ההזנה דרך פיר ההזנה החלול בצורה ספירלית ואחידה. בתא קיימות לוחות ריפוד מדורגים או לוחות ריפוד גליים, אשר מלאים בכדורי פלדה במפרטים שונים. סיבוב הצילינדר יוצר כוח צנטריפוגלי כדי להביא את כדורי הפלדה לגובה מסוים ואז נופלים למטה, מה שגורם לפגיעה כבדה ושחיקה על החומרים. לאחר שהחומרים מגיעים לטחינה הגסה בפח הראשון, הם נכנסים לפח השני דרך לוח מחיצה חד-שכבתי. הפח מרופד בקרש בטנה שטוח, וכדורי פלדה נמצאים בפנים כדי לטחון עוד יותר את החומרים. האבקה משוחררת דרך רשת הפריקה להשלמת פעולת הטחינה.
בתהליך הסיבוב של הגליל, גם גוף הטחינה מחליק. בתהליך ההחלקה החומר נטחן. על מנת להשתמש ביעילות באפקט הטחינה, גליל גוף הטחינה מחולק לשני חלקים על ידי לוח מחיצה כאשר 20 הרשתות הכלליות בעלות גודל חלקיקים גדול נטחנים. כלומר, פח כפול. כאשר החומר נכנס לפח הראשון, הוא נשבר על ידי כדור פלדה. כאשר החומר נכנס לפח השני, חלק הפלדה טוחן את החומר, החומרים המתאימים לאחר הטחינה נפלטים מהציר החלול בקצה הפריקה. כאשר טוחנים את החומרים עם חלקיקי הזנה קטנים, כגון סיגים מס' 2 ואפר זבוב גס, חבית הטחנה יכולה להיות טחנת חביות יחידה ללא מחיצה, וגוף הטחינה יכול להיות גם עשוי מפלדה.
חומרי גלם מוזנים לתוך הגליל החלול דרך הלוח החלול לטחינה. הגליל ממולא באמצעי שחיקה בקטרים שונים (כדור פלדה, מוט פלדה או חצץ וכו'). כאשר הגליל מסתובב סביב הציר האופקי במהירות מסוימת, תחת פעולת כוח צנטריפוגלי וחיכוך, החומרים הבינוניים וחומרי הגלם הטעונים בצילינדר ייפלו או יתגלגלו מהדופן הפנימית של הגליל כאשר כוח המשיכה שלהם גדול מהצינטריפוגלי. כוח כשהגליל מגיע לגובה מסוים, והעפרה תימעך בגלל כוח הפגיעה. יחד עם זאת, בתהליך סיבוב הטחנה, תנועת ההחלקה בין חומרי הטחינה מייצרת גם אפקט טחינה על חומרי הגלם. החומר הטחון משוחרר דרך הלוח החלול.
