Топковата мелница се състои от хоризонтален барабан, кухи подаващи и изпускателни валове и смилаща глава. Барабанът е дълга, цилиндрична структура, съдържаща мелница. Изработена от стоманена плоча и закрепена към барабана чрез стоманена обвивка, мелещата среда обикновено са стоманени топки, подредени в различни диаметри и пропорции. Могат да се използват и стоманени сегменти. Материалите се избират въз основа на техния размер на частиците. Материалите се подават в барабана през кухия вал в захранващия край на мелницата. Докато барабанът се върти, мелещата среда, поради инерция, центробежна сила и триене, се придържа към обвивката на барабана и се носи. Когато бъдат пренесени на определена височина, те се хвърлят надолу от гравитацията, действат като снаряди и смачкват материала вътре.
Материалът се подава от захранващото устройство през кухия захранващ вал, спирално и равномерно в първата камера на мелницата. Тази камера има стъпаловидни или гофрирани облицовки и е пълна със стоманени топки с различни размери. Центробежната сила, генерирана от въртенето на барабана, носи топките до определена височина, където те падат, удряйки и смилайки материала. След грубо смилане в първата камера, материалът преминава през едно-слойна преградна стена във втората камера, която е облицована с плоски облицовки и пълна със стоманени топки за по-нататъшно смилане. Прахообразният материал се изхвърля през изпускателната решетка, завършвайки процеса на смилане.
Докато цилиндърът се върти, мелещата среда се плъзга, смилайки материала. За да се използва ефективно този ефект на смилане, за смилане на по-големи материали, обикновено 20-меша, цилиндърът на мелницата е разделен на две секции от преградна стена, създавайки дву-камерна мелница. При влизане в първата камера материалът се раздробява от стоманените топки. При влизане във втората камера стоманените сегменти смилат материала. Квалифицираният смлян материал се изхвърля през кухия вал в изпускателния край. За смилане на по-малки материали, като пясък, шлака и едра летлива пепел, цилиндърът на мелницата може да бъде конструиран без преградни стени, създавайки еднокамерна мелница, а стоманените сегменти могат да се използват и за мелничната среда.
Суровината се подава в кухия цилиндър през куха шийка на вала за смилане. Цилиндърът е пълен с мелница с различни диаметри (стоманени топки, стоманени пръти или чакъл). Тъй като цилиндърът се върти с постоянна скорост около хоризонталната си ос, съдържащите се в него носители и суровини под въздействието на центробежна сила и триене се откъсват от вътрешната стена на цилиндъра и падат или се търкалят надолу, когато цилиндърът достигне определена височина. Ударът раздробява рудата. Едновременно с това плъзгащото се движение на смилащата среда по време на въртенето на мелницата също смила суровините. Смленият материал се изхвърля през гърлото на кухия вал.
