Der Trockner besteht aus einem Drehrohr, d. h. aus einem sich drehenden, zylindrischen Behälter (Trommel), dessen Drehachse gegenüber der Waagerechten leicht schräg liegt. Die Trommel ist an beiden Stirnflächen durch einen Rohrboden verschlossen. Die beiden Böden sind in axialer Richtung durch eine Vielzahl – bei großen Trocknern hunderte – von Röhren verbunden. Aus einem Bunker über der oberen Stirnfläche der Trommel wird das Trockengut in eine Vorlage, den „Füllkasten“, aufgegeben. Von hier tritt das Trockengut durch die Öffnungen im oberen Rohrboden in die Röhren ein und rieselt aufgrund der Neigung und der Drehung der Trommel hindurch.
Die geschlossene Trommel ist normalerweise von innen mit Wasserdampf gefüllt, d. h. die Röhren sind von außen beheizt. Beim Hindurchrieseln kommt das Trockengut mit den dampfbeheizten Wänden der Röhre in Kontakt („Kontakttrockner“) und die im Gut enthaltene Feuchtigkeit verdampft. Bei Braunkohle wird so der Wassergehalt von etwa 50–60 % im Rohzustand auf etwa 10–20 % nach der Trocknung reduziert.
Der Dampf wird der Trommel am oberen Ende über die hohle Welle zugeführt und über die Welle („Innendampf“) und den Trommelmantel („Außendampf“) verteilt. Das anfallende Kondensat wird am unteren Ende in "Schöpfkästen" gesammelt, durch „Schwanenhalsrohre“ (ähnlich einem Sakia-Schöpfrad) zur Welle gehoben und darüber abgeführt.
Die Drehung der Trommel und somit der Röhren lockert das Trockengut auf und reduziert die Gefahr von Anbackungen oder Verklumpen des Gutes beim Hindurchrieseln, was zu einer Verstopfung von Röhren führen würde. Das Rieselverhalten und die Umwälzung des Trockengutes wird durch eine Spirale im Inneren der Röhren („Wendeleiste“) unterstützt. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung auf die Röhren kann durch Hinzugabe von Druckluft verbessert werden, bei brennbarem Trockengut wie Braunkohle ist aber zu bedenken, dass die Gefahr einer Staubexplosion besteht.
Am unteren Ende der Röhre fällt das Trockengut in eine Schurre im „Ausfallgehäuse“. Auch die verdampfte Feuchtigkeit aus dem Trockengut (Brüden/Wrasen) tritt in dieses Gehäuse aus. Sie wird über einen Schlot nach oben abgezogen, und in einer anschließenden Entstaubung (Elektrofilter, Sichter) werden Reste des Trockengutes vom Brüden getrennt.
Die größten Röhrentrockner erreichen Produktionsleistungen von etwas mehr als 20 t/h Trockenkohle.