Guľový mlyn je vodorovný valec čiastočne naplnený oceľovými guľôčkami (alebo príležitostne inými tvarmi), ktorý sa otáča okolo svojej osi, pričom guľôčkam spôsobuje prevracanie a kaskádovanie. Materiál privádzaný do mlyna je drvený nárazom a mletý odieraním medzi guľôčkami.
Brúsne médiá sú zvyčajne vyrobené z ocele s vysokým obsahom chrómu. Menšie stupne sú občas skôr valcovité ("pebs") ako guľovité. Existuje rýchlosť rotácie ("kritická rýchlosť"), pri ktorej by obsah mlyna jednoducho preletel cez strechu mlyna v dôsledku odstredivého pôsobenia.
Kritická rýchlosť (ot./min) je daná:nC = 42.29/√d, kdedje vnútorný priemer v metroch. Guľové mlyny sú normálne prevádzkované pri približne 75 percentách kritickej rýchlosti, takže mlyn s priemerom 5 metrov sa bude otáčať rýchlosťou približne 14 otáčok za minútu.
Mlyn je zvyčajne rozdelený na minimálne dve komory (aj keď to závisí od veľkosti vstupného materiálu - mlyny vrátane valcového lisu sú väčšinou jednokomorové), čo umožňuje použitie rôznych veľkostí mlecích médií. Veľké guľôčky sa používajú na vstupe na drvenie uzlíkov slinku (ktoré môžu mať priemer viac ako 25 mm). Priemer gule je tu v rozmedzí 60–80 mm. V dvojkomorovom mlyne sú médiá v druhej komore typicky v rozsahu 15 – 40 mm, hoci niekedy sa vyskytujú médiá s priemerom do 5 mm. Ako všeobecné pravidlo platí, že veľkosť médií musí zodpovedať veľkosti mletého materiálu: veľké médiá nemôžu produkovať ultrajemné častice požadované v hotovom cemente, ale malé médiá nemôžu rozbiť veľké častice slinku. Kedysi sa používali mlyny až so štyrmi komorami, ktoré umožňovali tesné oddelenie veľkostí médií, ale v súčasnosti sa to stáva zriedkavosťou. Alternatívy k viackomorovým mlynom sú:
páry mlynov, bežiace v tandeme, naplnené médiami rôznych veľkostí.
použitie alternatívnej technológie (pozri Valcové lisy nižšie) na drvenie slinku pred jemným mletím v guľovom mlyne.
Mlynom prechádza prúd vzduchu. To pomáha udržiavať mlyn chladný a odstraňuje odparenú vlhkosť, ktorá by inak spôsobila hydratáciu a narušila tok materiálu. Zaprášený odpadový vzduch sa čistí, zvyčajne pomocouvreckové filtre.
