Головка цилиндров обеспечивает герметизацию верхней части блока и цилиндров. В ней размещаются клапаны и свечи зажигания и/или форсунки. Совместно с днищами поршней, головка цилиндров образует камеру сгорания. На большинстве двигателей легковых автомобилей в головке цилиндров размещается привод клапанов газораспределительного механизма.

В зависимости от направления движения рабочей смеси на впуске и отработавших газов на выпуске применяются две основные формы головок цилиндров:

Головка цилиндров с односторонним расположением каналов Впускные и выпускные каналы расположены с одной и той же стороны головки. Это уменьшает пространство, необходимое для размещения каналов, хотя более короткие тракты создают преимущества при использовании наддува. Также такая головка рациональна в автомобилях с поперечным расположением двигателей.

Головка цилиндров с расположением каналов с разных сторон Это обеспечивает движение потока газов на впуске и выпуске по диагонали. К преимуществам схемы относится простота конструкции впускных и выпускных трактов, а также менее сложные способы уплотнения.