圆珠笔的书写原理，主要是利用球珠在书写时与纸面直接接触产生摩擦力，使圆珠在球座内滚动，带出笔芯内的油墨或墨水，以达到书写的目的。
圆珠笔是用油墨配不同的颜料书写的一种笔。笔尖是个小钢珠，把小钢珠嵌入一个小圆柱体型铜制的碗内，后连接装有油墨的塑料管，油墨随钢珠转动由四周流下。
圆珠笔油墨的色素是染料。油墨颜色主要有蓝、红、黑三种，其中尤以蓝色油墨使用最多。过去蓝色油墨中的色素成分是盐基品蓝和盐基青莲，溶剂是氧化蓖麻油、蓖麻油酸。由于盐基性染料不耐光（耐光度只有1级-2级），不耐热，不耐酸碱，所以耐久性差，现已被淘汰。
市场上销售的“424”蓝色圆珠笔和“322”黑色圆珠笔，用它书写的字迹耐久性较好。香味圆珠笔有毒的报道屡见不鲜，劣质香味文具所含的挥发性有机化合物具有毒性，对人体有一定损害；但还没有听到过因正常使用没有掺加挥发性有机化合物的油性圆珠笔而中毒的事件。
而圆珠笔的主要结构是上下齿柱，用手按动的为上齿柱，内部可以旋转的为下齿柱。上下齿柱的啮合为不完全啮合，只有齿尖部咬合了一部分，而咬合的两个齿后面的导向筋，被设计在同一个导向槽里面滑动，当下齿柱在上齿柱推动下滑出导向槽后，由于弹簧的作用，下齿柱的齿会沿着相啮合的上齿柱的齿的斜面滑动，这样在斜面的作用下，下齿柱会转过一个角度，滑到另一侧去，就被按下去了，如此重复就可以实现了圆珠笔的功能了。
