球阀由安装在阀杆中部的中空旋转球体构成。借助阀杆的旋转运动，球体在阀体内旋转 90° ，从而实现对流体的控制。
球阀坚固可靠，即使长时间保持在同一位置，也能安全地发挥作用，同时也允许频繁改变阀杆位置。不过，球阀一般用于全开或全关工况，在全开或全关以外的位置，其流量控制性能不佳，因此不建议用作调节阀。
许多品牌可生产压力高达 1000 bar、温度高达 400 °C 的球阀，材质包括金属、塑料、陶瓷等。但当球阀用于调节时，介质常常会滞留在阀体与球体之间。在寒冷天气下，积存的水会在球体和阀体内结冰膨胀，导致阀门开裂或损坏。这是一个重要缺点：如果球阀将在气温低于 0 °C 的环境中使用，则必须选用防冻型（frozen – freeze proof type）阀门。
对于低温介质或可能在球体内膨胀的介质，阀门上游侧设有泄压孔。
使用球阀时最关键的问题之一是污染。特别是当阀门用于饮用水或食品工厂时，积存在阀体与球体之间的水会滋生细菌，或在输送不同介质时造成混料。这首先危害人体健康，进而影响产品质量。为防止积存，可通过延长球体的密封座面，填充球体与阀体之间的空腔。
这类阀门称为无腔体球阀（Cavity Filler Ball Valve）；用于食品或饮用水场合时，其密封件及阀门材料必须符合食品及人体健康要求。
