Silnik promieniowy ma banki cylindrów ułożone w okrąg wokół wału korbowego. Typowy silnik gwiazdowy ma od trzech do dziewięciu cylindrów i jest chłodzony powietrzem. Ten typ silnika jest używany głównie w samolotach, częściowo ze względu na jego niewielką wagę i ogromny potencjał mocy. Stosunkowo wolno obracający się silnik promieniowy pozwala silnikowi napędzać śmigło bez użycia przystawki do redukcji biegów, dzięki czemu idealnie pasuje do samolotu.
W przeciwieństwie do silnika obrotowego, który zwykle działa poprzez obracanie cylindrów wokół wału korbowego, silnik promieniowy działa poprzez obracanie wału korbowego wewnątrz bloku silnika. W przeciwieństwie do silnika samochodowego, który wykorzystuje długi wał korbowy do swojego długiego prostego bloku silnika, silnik promieniowy wykorzystuje krótki wał korbowy wewnątrz okrągłej lub okrągłej konstrukcji silnika. Ponadto wszystkie korbowody tłoka łączą się z wałem korbowym za pomocą jednego rzutu lub czopu. Jedno tłoczysko jest na stałe przymocowane do wału korbowego i znane jest jako główne tłoczysko. Pozostałe tłoczyska swobodnie pływają i obracają się wokół wału korbowego na łożyskach przymocowanych do sworzni na drążku głównym.
Silnik gwiazdowy był używany wyłącznie w bombowcach z okresu II wojny światowej i można go znaleźć w amerykańskich samolotach B-17 i B-25. Wiele krajów europejskich eksploatowało również z dużym powodzeniem samoloty wyposażone w silniki gwiazdowe. Podczas gdy silnik o konstrukcji gwiazdowej wytwarza ogromne ilości koni mechanicznych, bombowiec B-17 wykorzystywał cztery wersje gwiazdowe z doładowaniem, z których każda mogła wytwarzać 1,200 koni mechanicznych z 1,800 cali sześciennych (około 29.5 litra). Samoloty myśliwskie tamtych czasów były napędzane głównie silnikami rzędowymi chłodzonymi cieczą ze względu na możliwość montażu silników w panelach nadwozia, co czyniło samoloty bardziej aerodynamicznymi.
Odnoszący wielki sukces podczas II wojny światowej, do czasu wojny koreańskiej w prawie wszystkich samolotach silnik gwiazdowy został zastąpiony przez konstrukcje chłodzone cieczą. Postępy w konstrukcji silników, jak również w ich podzespołach, doprowadziły do powstania lżejszych, bardziej niezawodnych elektrowni chłodzonych cieczą. Radialny widział, jak chwała go omija, a ewolucja sprawiła, że stał się przestarzałym projektem w ciągu zaledwie kilku krótkich lat. Wpływy konstrukcji radialnej można jednak znaleźć we współczesnych silnikach motocyklowych Harley-Davidson V-twin. Dzięki dwóm tłoczyskom przymocowanym do wału korbowego na jednym czopie pręta, chłodzony powietrzem silnik Harley-Davidson działa w wielu z tych samych zasadniczych konstrukcji, co silnik promieniowy.