球磨机的理论研究主要集中在球磨介质研究和介质运动规律理论研究的方面。球磨机工作时是靠介质对物料的冲击和研磨作用来完成对物料的磨碎作用的，在介质对物料的破碎力学过程中，介质作为能量的媒介体将外界能量转变为对物料的破碎功而对物料起到破碎的作用。所以球磨机的介质尺寸大小决定着介质携带能量的大小，也关系着对物料实施破碎力的大小，决定粉磨效率以及产品的质量特性，影响设备工作时的电耗和介质消耗。因此，介质尺寸的大小对于球磨机来说至关重要，介质尺寸选择以及介质运动状态恰当与否对粉磨过程的影响都具有相当大的影响。

由于介质尺寸对物料粉磨的重要影响作用。因此长期以来粉碎工作者在如何精确的确定介质的尺寸方面做了大量研究。国内的研究专家在总结国内外试验和生产应用时得出结论：形状、尺寸和级配合理的新型球磨体-柱球(段球)，对于提高粉磨效益、降低球耗是选择适宜的研磨介质。并对石英砂粉磨进行生产试验，得到了较好的试验结果，对国内若干新型轻质“砂加气”混凝土制品砌块、板材厂的球磨机，粉磨坚硬矿石的干法球磨机及水泥行业均有一定的使用价值。

对于球磨机的介质运动规律理论的研究做出如下总结：磨机转动时，带动介质群运动，在运动过程中，介质会与邻接的其它介质以及磨机内壁之间产生碰撞，碰撞作用将决定介质在磨机内的运动规律。由于粉磨过程的复杂性和不可预测性，也给介质运动研究工作带来一定的难度。随着DEM在工程领域中的应用，该项技术也逐步被应用于粉磨过程中的介质运动建模。