バレル研磨とは、工作物をバレルの中に粒子状の研磨材、媒材（コンパウンドや水等）と共に入れ、一定の割合で混合し、バレルを回転・上下・振動などの運動を与えることにより研磨を行う方法です。
媒材が固形の場合は「乾式バレル」。媒材に水を加える場合は「湿式バレル」と呼ばれています。
一般にバレル研磨処理では、工作物は比較的小さめなものが多く、数ミリ程度の小物から手のひらサイズほどの加工が得意です。 バレル内に複数の工作物を入れ、同時に研磨することも可能です。バレルの回転は一様ではありません。 上下に動かしながら回転させたり、または振動を加える等、工作物と研磨材をバレル内で動かして加工を行います。
バレル研磨処理では、研磨材粒子は自由に動くため、機械で研磨しにくい段付き面などの場所であっても仕上げが可能です。しかし、工作物の角面が丸くなったり、バレル痕と呼ばれる僅かなへこみが発生することがあります。また加工中は表面粗さの計測が難しいという欠点もあります。
バレル研磨は主に切削・プレス加工品のバリ取りや、鋳物の表面仕上げなどの用途でよく使われています。