Öğütme ortamı çelik bilyalardan oluşan değirmenlere "bilyalı değirmen" denir.

Genellikle öğütmenin son kademesinde kullanılır. Çubuklu değirmenlere göre daha ince ürün veren bu değirmenlerde boyun çapa oranı 1 ile 1.5 arasında değişmektedir.

Genel olarak ince öğütmelerde değirmenin boyu daha uzundur. Değirmen boyunun çapa oranı 3 ile 5 arasında ise “tüp değirmen” olarak adlandırılır. Tüp değirmenler değişik beslemelere sahip kompartımanlara bölünmüştür ve genellikle klinker gibi kuru öğütmelerde kullanılmaktadır.

Öğütücü ortam çelik bilya yerine çakmak taşı veya seramik çakıllardan oluştuğu zaman, buna "çakıllı değirmen" adı verilir.

Bilyalı değirmenler, silindir gövdeli değirmen, silindiro-konik gövdeli değirmen ve konik gövdeli değirmen olmak üzere farklı gövde şekillerine sahip olabilmektedir.

Konik bir bilyalı değirmenin giriş tarafı silindirik çıkış tarafı ise konik şekillidir. Böyle bir gövdenin dönmesi ile küçük çaplı bilyalar ve malzeme çıkış tarafına, büyük çaplı bilyalar ve iri malzeme ise silindir kısmında toplanmaktadır.

Tambur tipi değirmenlerde, çubuklar, bilyalar veya cevherin iri parçaları belli bir yüksekliğe çıkarılarak tanelerin üzerine düşmesi sağlanır. Öğütme, öğütücü ortamın kazanmış olduğu "potansiyel enerjiyi=mgh" taneler üzerine vermesi ile gerçekleşir. Özellikle bilyalı ve otojen değirmenlerde öğütme darbe kuvveti ile gerçekleşir. Darbe kuvvetinin büyüklüğü "mgh" ile ilişkili olup, m(kütle) ve h (yükseklik) arttıkça artar.