شیر توپی یک نوع از شیر ربع گرد قطع کننده است که جریان مایع یا گاز را کنترل می‌کند و این کار را با کمک یک توپی چرخشی که دارای سوراخی در مرکز آن است و در تنگنایی مابین دو نشیمن‌گاه قرار گرفته انجام می‌دهد. در شیرهای توپی به‌جای شیرفلکه‌ی دستی از دسته‌ای آچاری برای کنترل جریان استفاده می‌شود. چرخش ۹۰ درجه‌ای آچار، شیر را باز و بسته می‌کند. زمانی که سوراخ توپی با جریان سیال هم‌جهت باشد، شیر باز است و زمانی که چرخش محوری ۹۰ درجه‌ای به دسته‌ی شیر بدهد، شیر بسته می شود. وقتی شیر باز است شیر با دسته در یک راستا هستند و وقتی دسته بر شیر عمود است شیر بسته است، و این موجب می‌شود که به‌صورت چشمی بتوان از وضعیت باز و بسته بودن شیر اطمینان حاصل کرد.
از ویژگی‌های شیرهای توپی داشتن طول عمر بالای آن است و در طول عمرش همواره می‌توان به آب‌بندی آن مطمئن بود، حتی اگر مدت‌ها بلااستفاده باقی مانده باشد. ازاین‌رو، این شیرها در مقایسه با شیرهای کشویی یا شیرهای کروی، به‌عنوان شیری قطع کننده از محبوبیت بیشتری برخوردارند. علاوه بر این آن‌ها بیش از تمام شیرها در مقابل مواد آلوده مقاوم هستند. شیرهای توپی را می‌توان به‌صورت دستی، برقی یا پنوماتیکی راه انداخت.
نباید شیر توپی را با شیر یک‌طرفه‌ی توپی اشتباه گرفت. شیر یک‌طرفه‌ی توپی نوعی شیر یک‌طرفه است که از یک توپی صلب جهت جلوگیری از جریان ناخواسته‌ی برگشتی شیر استفاده می‌کند.
شیر توپی از یک حفره‌ی توخالی، یا همان توپی سوراخ‌دار و دَوَرانی برای کنترل جریان از درون شیر استفاده می‌کند. شیر توپی دسته‌ی شیر را با کمک یک انتقال به جلو می‌راند که به نوبه‌ی خود توپی را طوری هدایت می‌کند که در حول محوری عمود بر جریان بچرخد. وقتی سوراخ توپی با جریان هم‌خط است شیر باز است و وقتی دسته‌ی شیر را ۹۰ درجه می‌چرخانیم، بسته می‌شود.
اگر شیر توپی به مدت طولانی نیمه‌باز بماند و شرایط طوری باشد که افت فشار زیاد از میان توپی داشته باشیم، نشیمن‌گاه نرم در اطراف لبه‌ی مجرای توپی حرکت کرده و به‌احتمال‌زیاد توپی را در آن وضعیت قفل می‌کند.
ازآنجاکه توپی در وسط نشیمن‌گاه حرکتی مالشی دارد، شیرهای توپی برای کار با سیالاتی حاوی ذرات جامد معلق و مواد دارای بافت به کار می‌روند. اما موادی که سایندگی دارند موجب آسیب دیدن نشیمن‌گاه‌ها و سطح توپی می‌شوند. مواد حاوی الیافی زمخت نیز می‌توانند مشکل‌آفرین باشند، چراکه الیاف آن‌ها ممکن است به دور توپی پیچیده شود.
یکی از معایب شیر توپی آن است که در حالت بسته بودن شیر، آب در حفره‌ی مرکزی شیر به دام می‌افتد. زمانی که یخ‌زدگی اتفاق بیافتد، کناره‌های شیر به دلیل انبساط یخ ترک می‌خورد. در چنین شرایطی وسایل عایق‌بندی یا نوار گرم‌کننده معمولاً مانع از این آسیب می‌شوند. در مواردی که شیر توپی مصارف برودتی یا محصولاتی که احتمال انبساط در درون شیر دارند بکار می‌رود ، یک سوراخ در جریان بالادست شیر دریل می‌شود. در این صورت به آن توپی وِنت( منفذ دار) گفته می‌شود.
تماس نزدیک بین نشیمن‌گاه‌های شیرهای توپی به چندین روش قابل حصول است. برخی ازاین روش‌ها که بیشتر مورد استفاده می‌باشند به شرح ذیل است.
1. با استفاده از فشار سیال که توپی شناور را در مقابل نشیمن‌گاه به جلو می‌راند.
2. با استفاده از فشار سیال که حلقه‌ی نشیمن‌گاه( سیت رینگ) شناور را در مقابل یک ترنیون برای نگه داشتن توپی به جلو می‌راند.
3. با استفاده از یک پیش‌تنیده‌ی نصب‌شده بین نشیمن‌گاه‌ها و توپی‌هایی که با ترنیون نگه داشته شده‌اند.
4. با استفاده از نیروی مکانیکی که هنگام بسته شدن به توپی و نشیمن‌گاه وارد می‌شود.
5. با استفاده از حلقه‌ی فشاری نظیر اورینگ
مونتاژ محفظه‌ی شیر به چند کاربرد متداول تقسیم می‌شود که جزئیات آن در اینجا آورده شده است. تفاوت آن‌ها در نحوه‌ی سوارکردن قطعات شیر است که بر راه‌های تعمیر و نگه‌داری آن تأثیر می‌گذارد. عملکرد این شیرها در هر نوع محفظه‌ای مشابه هم هست.
شیر توپی یک‌تکه یا شیرهای توپی تک بدنه دارای بدنه‌ای هستند که به‌صورت یکجا قالب‌ریزی شده و میزان نشتی را کاهش می‌دهد. این‌ها ارزان‌ترین نوع شیرهای توپی هستند. نمی‌توان این شیرها را به‌منظور تمیزکاری یا تعمیر و نگه‌داری باز کرد. این شیرها در کاربردهایی کم متقاضی استفاده می‌شوند. شیرهای یک‌تکه تقریباً همیشه مجرای کاهنده دارند که تا حدی ارزان‌قیمت هستند و عموماً دور ریخته می‌شوند.
شیرهای توپی دوتکه، از دو قطعه تشکیل شده‌اند که یک قطعه‌ی آن یک اتصال یکسره و یک بدنه دارد و قطعه‌ی دیگر آن در میان قطعه‌ی اول گنجانده می‌شود که تریم را سر جای خود نگه می‌دارد و دارای یک اتصال دوم است. به‌منظور تمیزکاری، سرویس مجدد و بازرسی می‌توان این دوتکه را از هم جدا ساخت. می‌بایست شیر کاملاً از روی لوله برداشته شود تا بتوان دو قسمت آن را از هم جدا کرد. شیرهای توپی دوتکه به‌طورکلی اندکی مجرای کاهنده(یا استاندارد) هستند که هم می‌توان آن را دور انداخت و هم می‌توان تعمیر کرد.
شیر توپی سه‌تکه از سه قطعه تشکیل شده است، کلاهک‌های دوسر و بدنه. هر سه قطعه به‌طورکلی با اتصالات پیچ و مهره‌ای به یکدیگر بسته شده‌اند. در طراحی سه‌تکه می‌توان بخش مرکزی شیر که شامل توپی، استم و نشیمن‌گاه‌ها می‌باشد را از لوله جدا سازی کرد. با این کار پاک‌سازی مؤثر مواد رسوب کرده، تعویض نشیمن‌گاه‌ها، آب‌بندی و صیقل دادن خراش‌های کوچک روی توپی، را بدون جدا کردن قطعات از بدنه‌ی شیر را به‌آسانی میسر می‌سازد. مزیت این ویژگی آن است که می‌توان شیر را بدون جداسازی کامل شیر از خط لوله سرویس کرد. این شیرها معمولاً در مقایسه با انواع دیگر گران‌قیمت‌تر می‌باشند.
