Głowice i układ zaworowy odpowiadają za wymianę gazów w cylindrach silnika, umieszczone bezpośrednio nad blokiem silnika. Głowice cylindrów mieszczą zawory, sprężyny zaworowe oraz często wałek rozrządu (wałki rozrządu), umożliwiając precyzyjne sterowanie czasem otwarcia i zamknięcia zaworów ssących i wydechowych. Systemy zmiennych faz rozrządu (VVT), coraz powszechniejsze, wykorzystują siłowniki hydrauliczne lub elektryczne do regulacji czasu trwania otwarcia i skoku zaworów, optymalizując osiągi i efektywność. Komponenty wytwarzane są z wysokowytrzymałych stopów – zazwyczaj aluminium dla głowic, a hartowanej stali dla elementów układu zaworowego – aby wytrzymać ekstremalne temperatury i naprężenia mechaniczne. Prawidłowe działanie zależy od precyzyjnych luzów, dokładnego ustawienia faz rozrządu oraz skutecznego uszczelnienia, zapewniającego utrzymanie sprężania i zapobiegającego zanieczyszczeniu smaru.