L'apparition de la vanne à bille remonte à l'après-Seconde Guerre mondiale. Bien que son invention date du début du XXe siècle, ce brevet de conception n'a pu aboutir à une commercialisation complète en raison des limitations de l'industrie des matériaux et de l'industrie de la transformation mécanique. Aux États-Unis, DuPont a inventé le polytétrafluoroéthylène (PTFE), un polymère de haute résistance, en 1943. Ce matériau présente l'avantage d'une résistance à la traction et à la compression suffisante, d'une certaine élastoplasticité, de bonnes propriétés autolubrifiantes et d'une excellente résistance à la corrosion, ce qui le rend particulièrement adapté comme matériau d'étanchéité et garantit une étanchéité très fiable. De plus, grâce au développement des rectifieuses de billes, il est désormais possible de fabriquer des billes de grande rondeur et de finition de surface optimale pour obturer les vannes. Un nouveau type de vanne à passage intégral et à course de rotation de 90° a alors fait son apparition sur le marché, suscitant un vif intérêt. Les vannes traditionnelles, telles que les vannes d'arrêt, les vannes à guillotine, les vannes à boisseau sphérique et les vannes papillon, sont progressivement remplacées par les vannes à boisseau sphérique. Ces dernières sont largement utilisées, couvrant une vaste gamme de diamètres, de basses à hautes pressions et de températures, des plus petites aux plus grandes. Actuellement, le diamètre maximal d'une vanne à boisseau sphérique atteint 60 pouces (1524 mm), et sa température de fonctionnement minimale peut descendre jusqu'à -254 °C (température de l'hydrogène liquide). La température de fonctionnement maximale peut atteindre entre 850 et 900 °C. Grâce à ces caractéristiques, les vannes à boisseau sphérique conviennent à tous types de fluides et s'imposent comme le type de vanne le plus prometteur.

Les vannes à bille peuvent être divisées en vannes à bille flottantes et vannes à bille à tourillon en fonction de leur structure.

Les vannes à boisseau sphérique se classent en deux catégories : les vannes à boisseau sphérique à entrée supérieure et les vannes à boisseau sphérique à entrée latérale. Ces dernières se subdivisent en vannes monoblocs, vannes à boisseau sphérique à deux pièces et vannes à boisseau sphérique à trois pièces, selon la structure de leur corps. Le corps des vannes monoblocs est d'une seule pièce ; celui des vannes à boisseau sphérique à deux pièces comprend un corps principal et un corps auxiliaire ; et celui des vannes à boisseau sphérique à trois pièces est composé d'un corps principal et de deux corps auxiliaires.

Les vannes à bille se classent en deux catégories selon le matériau d'étanchéité : les vannes à bille à joint souple et les vannes à bille à joint rigide. Les joints des vannes à bille à joint souple sont généralement en polymères, tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polytétrafluoroéthylène renforcé et le nylon, ou encore en caoutchouc. Les joints des vannes à bille à joint rigide sont quant à eux réalisés en métal.