ほぼ水平に設置した回転している円筒内に粉体を挿入し，円筒の回転運動によって粉体を転動させて均一に混合しながら，固気・固液または固固反応を行う装置。円筒は一般に 2 ～ 5 % 程度の勾配で傾斜させ，粉体を傾斜の上方から供給すると円筒の回転により壁面上部に持ち上げられ，安息角付近で滑り落ち，傾斜の下側の排出口に徐々に至る。特に高温での燃焼・焼成反応，熱分解反応，焼結や乾燥を行うロータリーキルン（rotary kiln）は，多分野で広く使用されている。この反応器は，流体を流通しながら加圧・減圧が必要な反応では回転部のシールに特別な技術・注意が必要である。回転円筒内での粒子の運動はかき上げ板の有無により異なり，粒子と内壁との伝熱係数も変化する。