Máy nghiền siêu mịn hoạt động dựa trên một loạt các nguyên lý cơ học và vật lý. Đầu tiên, nguyên liệu cần nghiền được đưa vào buồng nghiền của máy. Bên trong buồng có các bộ phận quay tốc độ cao như đĩa mài hoặc con lăn. Các bộ phận này quay với tốc độ rất cao, tạo ra lực ly tâm mạnh.
Khi vật liệu đi vào khu vực nghiền, tốc độ quay cao làm cho vật liệu bị va đập, cắt và nghiền. Lực tác dụng lên vật liệu sẽ phá vỡ nó thành các hạt nhỏ hơn. Thiết kế của buồng nghiền và sự tương tác giữa các bộ phận nghiền đảm bảo vật liệu được xử lý và tinh chế liên tục cho đến khi đạt được kích thước hạt siêu mịn mong muốn.
Ngoài ra, máy nghiền siêu mịn cũng có thể sử dụng dòng không khí hoặc khí để hỗ trợ quá trình nghiền. Không khí có thể giúp vận chuyển vật liệu trong buồng, thúc đẩy sự tiếp xúc tốt hơn giữa vật liệu và các bộ phận nghiền. Nó cũng giúp vận chuyển các hạt đã nghiền ra khỏi buồng nghiền, ngăn chặn việc nghiền quá mức và đảm bảo phân bố kích thước hạt đồng nhất.
Nhìn chung, sự kết hợp giữa tốc độ quay cao, lực cơ học và - trong một số trường hợp - dòng không khí hoặc khí cho phép máy nghiền siêu mịn có thể nghiền vật liệu thành các hạt cực mịn một cách hiệu quả, đáp ứng yêu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau đối với vật liệu hạt mịn .