Μια κεφαλή βαλβίδας, ή κυλινδροκεφαλή όπως συνηθέστερα ονομάζεται, είναι ένα κομμάτι μιας μηχανής εσωτερικής καύσης που περιέχει και στεγάζει τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής. Η κεφαλή κάθεται πάνω από έναν κινητήρα ακριβώς πάνω από τα έμβολα και περικλείει τον θάλαμο καύσης. Η κεφαλή της βαλβίδας έχει ένα άνοιγμα γνωστό ως οδηγός βαλβίδας που διατρέχει πλήρως την κεφαλή της βαλβίδας.
Οι βαλβίδες βρίσκονται στο κάτω μέρος της κεφαλής της βαλβίδας που κοιτάζει προς το έμβολο και συγκρατούνται με τα στελέχη τους να τρέχουν προς τα πάνω μέσω ενός στεγανοποιητικού οδηγού βαλβίδας. Αυτό βρίσκεται μέσα στο ελατήριο της βαλβίδας. Ένας συνδετήρας βαλβίδας και συνδετήρας συγκράτησης κρατά ολόκληρο το εξάρτημα στη θέση του.
Μία από τις κύριες ανησυχίες κατά το σχεδιασμό μιας κεφαλής βαλβίδας είναι ο σχεδιασμός ενός συστήματος ψύξης που θα αποτρέπει την υπερθέρμανση. Η υπερθέρμανση της κεφαλής της βαλβίδας οδηγεί σε αστοχία της φλάντζας κεφαλής και μπορεί ακόμη και να οδηγήσει σε ρωγμές της κεφαλής. Τα περάσματα νερού ρίχνονται στο κεφάλι όπως κατασκευάζεται και επιτρέπουν στο ψυκτικό υγρό να ρέει μέσα από τις κεφαλές και να τα διατηρεί δροσερά. Οι δίοδοι του νερού ευθυγραμμίζονται με τις διόδους νερού που ρίχνονται στο μπλοκ κινητήρα. Το ψυκτικό ρέει ελεύθερα μεταξύ του μπλοκ και των κεφαλών και απορροφά τη θερμότητα από τη διαδικασία καύσης.
Μια κεφαλή βαλβίδας μπορεί να είναι κατασκευασμένη από χυτοσίδηρο ή αλουμίνιο. Οι περισσότερες σύγχρονες κεφαλές είναι κατασκευασμένες από αλουμίνιο, κυρίως λόγω του μικρότερου βάρους του υλικού σε σύγκριση με το σίδερο. Οι κεφαλές αλουμινίου παράγουν επίσης περισσότερη ισχύ λόγω της ικανότητάς τους να απορροφούν τη θερμότητα του κινητήρα διαφορετικά και πιο αποτελεσματικά από τις αντίστοιχες σιδερένιες. Οι ρυθμοί διαστολής του αλουμινίου και του χυτοσιδήρου είναι πολύ διαφορετικοί. πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικές φλάντζες κεφαλής για να επιτρέπουν στα δύο υλικά να διαστέλλονται και να συστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς χωρίς να καταστρέφεται το παρέμβυσμα ή η σφράγιση του.
Μία από τις καλύτερες μεθόδους παραγωγής ιπποδύναμης από έναν κινητήρα είναι η εκτέλεση εκτεταμένων εργασιών στις θήκες βαλβίδων και στις περιοχές εξάτμισης μιας κεφαλής βαλβίδας. Τρίβοντας και εξομαλύνοντας τις περιοχές όπου το φορτίο εισαγωγής και η εξάτμιση ρέουν μέσα και έξω από την κεφαλή, τα επίπεδα ισχύος του κινητήρα μπορούν να αυξηθούν δραστικά. Αυτός ο τύπος εργασίας είναι γνωστός ως μεταφορά. Ακόμη και η βασική και απλή πράξη της αντιστοίχισης των θυρών εισαγωγής και εξαγωγής με τα ανοίγματα στις αντίστοιχες φλάντζες θα αποκτήσει ιπποδύναμη. Υπάρχει μια πολύ λεπτή γραμμή μεταξύ της βελτίωσης της ροής ενός κεφαλιού και της καταστροφής του κεφαλιού, γι’ αυτό και αυτό το είδος εργασίας είναι πολύ ακριβό να γίνει από έναν επαγγελματία.