圆珠笔头分为笔尖上的球珠和球座体。油性圆珠笔头的圆珠由黄铜、钢或者碳化钨制成；水性圆珠笔头的圆珠则采用不锈钢、硬质合金或氧化铝等材料制成。由这些材料制成的圆珠笔，要满足在同一个角度下，连续不断地书写800米且不出现断线的情况才算合格。
生产过程中，碳化钨先被制成比标准尺寸略大的小颗粒，散铺在一个带沟槽的板上，并使这些小颗粒进入圆形沟槽，仅露出其顶部。然后放上一块又重又平的顶盘，压在这些小颗粒上面，在两盘之间注入研磨油，使这些小颗粒浸泡在含有粉末状金刚石的润滑混合物中。
接着转动下盘，使这些碳化钨小颗粒在圆形槽内不断地翻腾滚动，在槽壁、顶盘以及相互之间不断地接触，金刚石粉末不断地把这些小颗粒的边角研磨掉，使它们逐渐变得又圆又光。研磨过程还要停下来几次，将这些小圆珠取出洗净，进行测试，直到生产出光滑度适中、符合标准的小圆球为止。
小圆球太光滑了就粘不上墨汁，也就不能写字。生产一颗碳化钨的小圆珠笔珠大约需要断断续续地研磨几十个小时。这一过程真正的难点在于怎样把极大数量的小圆球，做到尺寸相同的。这里的高精度、高互换性是基于整个工业体系的严谨才能得到的。
直径仅有2.3毫米的球座体，无论是生产设备还是原材料，此前都长期掌握在瑞士、日本等国家手中。球座关键部位的尺寸精度要求在两微米之内，表面粗糙度要求为0.4微米，在笔头最顶端的地方，厚度仅有0.3毫米到0.4毫米。由于后期要进行高精度的加工，既要容易切削，加工时又不能开裂，对不锈钢原材料提出了极高的性能要求。
加工球座体专用到的机床，是专用于加工镍白铜和不锈钢水性、中性圆珠笔头的自动加工机床，将冲成一定长度的坯料加入料斗后，机床能自动完成从进料夹紧，分多次钻削内孔、车外圆、锥面、镗珠座孔、冲气槽、装球珠、收口、压珠直至出料，加工装配全过程。
圆珠笔头对加工精度的要求极高，由于笔头上不仅有小球珠，里面还有5条引导墨水的沟槽，生产加工中一个小小的偏差都会影响书写的流畅度和笔的使用寿命，笔尖的开口厚度不到0.1毫米，还要考虑到书写角度和压力，球珠与笔头、墨水沟槽位必须搭配得“天衣无缝”，加工误差不能超过0.003毫米。
为了给数百亿支圆珠笔安上中国笔头，国家早在2011年就开启了这一重点项目的攻关。没有可借鉴的资料，成分的配比都是从几十公斤开始炼……为找到国外守口如瓶的保密配方，科研团队重在摸清笔尖钢的成分配比这一环节，在切削性和加工性上寻求平衡点，最终在笔头用不锈钢材料的7大类工艺难题上取得突破。2017年1月10日，太钢正式对外宣布，成功研发“笔尖钢”，百亿支圆珠笔有望安上“中国笔头”。
