シリンダーへの混合を可能にするバルブはインレットバルブです。使用済みガスが逃げるのは排気バルブです。エンジンがすべての速度で効率的に動作できるように、正確な瞬間に開閉するように設計されています。
動作は、回転シャフト上のカムと呼ばれる洋ナシ形のローブ、チェーン、ベルト、またはクランクシャフトからの歯車のセットによって駆動されるカムシャフトによって制御されます。
カムシャフトがエンジンブロックに取り付けられている場合、小さな金属製のシリンダータペットが各カムの上のチャネルに配置され、タペットから金属製のプッシュロッドがシリンダーヘッドまで伸びています。各プッシュロッドの上部は、バルブのステムを支えるロッカーアームと接触します。ロッカーアームは、強力なコイルスプリングによってバルブスプリングが上昇（閉）位置に保持されます。
プッシュロッドがカム上で上昇すると、ロッカーアームが回転し、スプリングの圧力に抗してバルブが押し下げられます（開きます）。カムローブがさらに回転すると、バルブスプリングが作用してバルブを閉じます。これはオーバーヘッドバルブ（OHV）システムと呼ばれます。
一部のエンジンにはプッシュロッドがありません。バルブは、シリンダーヘッド自体のオーバーヘッドカムシステムのシングルまたはダブルカムシャフトによってより直接的に操作されます。
カムシャフトとバルブの間の可動部品が少ないため、オーバーヘッドカム（OHC）方式は、より高速で動作できるため、プッシュロッドを備えたエンジンよりも効率的で、特定のエンジン容量に対してより多くの出力を生成します。どちらのシステムでも、部品が熱によって膨張したときにバルブが完全に閉じることができるように、操作ギアにある程度の遊びが必要です。
バルブステムとロッカーアームまたはカムの間には、拡張を可能にするために、事前に設定されたギャップタペットクリアランスが不可欠です。タペットのクリアランスは車によって大きく異なり、調整を誤ると深刻な影響を与える可能性があります。
ギャップが大きすぎると、バルブが遅く開き、早く閉じて、出力が低下し、エンジンノイズが増加します。
クリアランスが小さすぎると、バルブが適切に閉じることができず、結果として圧縮が失われます。
一部のエンジンには自動調整タペットがあり、エンジンオイルの圧力によって油圧で作動します。
プッシュロッドによって操作されるオーバーヘッドバルブシステム（OHV）システムには、シリンダーブロックのクランクシャフトに隣接して平行なクランクシャフトがあります。
クランクシャフトが回転すると、タペット、プッシュロッド、ロッカーアームによって各バルブが開きます。スプリング圧によりバルブが閉じます。
カムシャフトドライブチェーンスプロケットの歯数はクランクシャフトスプロケットの2倍であるため、カムシャフトはエンジン速度の半分で回転します。
オーバーヘッドカム（OHC）エンジンは、バルブを操作するために必要な部品が少なくて済みます。カムはバケットタペットまたはフィンガーと呼ばれる短いレバーに直接作用し、バルブステムに直接作用します。
このシステムは、プッシュロッドとロッカーアームの余分な重量と機械的な複雑さを解消します。
クランクシャフトのスプロケットからカムシャフトを駆動するために長いチェーンが頻繁に使用されますが、そのような長いチェーンは「むち打ち」する傾向があります。一部の設計では、張力をかけたまま中間スプロケットと2つの短いドライブチェーンを取り付けることで、この問題を解決しています。