شیر توپی از یک گوی (توپی) توخالی دوار تشکیل شده که در میانه یک شفت (ساقه) قرار گرفته است. این گوی به کمک حرکت دورانی شفت، درون بدنه شیر 90° می‌چرخد و جریان سیال را کنترل می‌کند.
شیرهای توپی قابل‌اعتماد و مستحکم‌اند. حتی اگر مدت طولانی در یک وضعیت باقی بمانند، می‌توانند به‌طور ایمن وظیفه خود را انجام دهند. در عین حال، امکان تغییر مکرر وضعیت شفت را نیز فراهم می‌کنند. با این حال، کاربرد آن‌ها عموماً به حالت کاملاً باز و کاملاً بسته محدود می‌شود. کنترل جریان در وضعیت‌هایی غیر از کاملاً باز یا کاملاً بسته مطلوب نیست؛ به همین دلیل استفاده از آن‌ها به‌عنوان شیر تنظیم توصیه نمی‌شود.
شیرهای توپی توسط بسیاری از برندها تا فشار 1000 bar و دمای 400 °C و با جنس‌های گوناگون مانند فلز، پلاستیک و سرامیک تولید می‌شوند. با این حال، در مواردی که از شیرهای توپی برای تنظیم جریان استفاده می‌شود، سیال اغلب میان بدنه و گوی محبوس می‌شود. این آب انباشته‌شده در هوای سرد، در گوی و بدنه شیر منبسط شده و باعث ترک‌خوردگی یا آسیب‌دیدگی شیر می‌شود. این یک عیب مهم است؛ اگر قرار است شیر توپی در محیطی که دمای هوا به زیر 0 °C می‌رسد استفاده شود، باید از شیرهای مقاوم در برابر یخ‌زدگی (frozen – freeze proof type) استفاده کرد.
برای سیالات کرایوژنیک یا موادی که ممکن است درون گوی منبسط شوند، یک سوراخ تخلیه (ونت) در سمت بالادست شیر تعبیه می‌شود.
یکی از بحرانی‌ترین مشکلات در استفاده از شیرهای توپی، آلودگی است. به‌ویژه هنگامی که این شیرها در خطوط آب آشامیدنی یا کارخانه‌های مواد غذایی به کار می‌روند، آب انباشته‌شده میان بدنه شیر و گوی موجب رشد باکتری یا اختلاط سیالات مختلف در حین استفاده می‌شود. این وضعیت در درجه اول به سلامت انسان و سپس به کیفیت تولید آسیب می‌زند. برای جلوگیری از این انباشت، فضاهای خالی میان گوی و بدنه با امتداد دادن سطوح نشیمنگاه گوی پر می‌شوند.
این نوع شیرها، شیرهای توپی بدون حفره «Cavity Filler Ball Valve» نامیده می‌شوند و جنس واشرها و اجزای شیر مورد استفاده در کاربردهای غذایی یا آب آشامیدنی باید با مواد غذایی و سلامت انسان سازگار باشد.
