Zylinderköpfe werden auf den Motorblock montiert und dichten die Brennräume ab, während sie Ein- und Auslassventile beherbergen. Diese aus Gussaluminium oder -gusseisen gefertigten Bauteile verfügen über präzise bearbeitete Ventilführungen, Ventilsitze und Strömungskanäle zur Steuerung des Gasflusses. Integrierte Kühlwasserkanäle regulieren die Betriebstemperatur, während Nockenwellen oder Direktantriebssysteme die Ventilsteuerung übernehmen. Zylinderköpfe beinhalten typischerweise Zündkerzengewinde oder Einspritzdüseneinsätze für die Zündung oder die Zuführung des Kraftstoff-Luft-Gemischs. Eine dichte Verbindung wird durch eine Zylinderkopfdichtung zwischen Kopf und Block erreicht, welche die für die Motorleistung kritische Kompression aufrechterhält.