Während es im Motorenbau bis etwa zum zweiten Weltkrieg üblich war, Motorenblöcke aus einem Guss zu fertigen, führte die Entwicklung ab dem Krieg dazu, offene Motorblöcke zu bauen, die nach oben hin mit einem Zylinderkopf abgeschlossen wurden. Diese Bauweise bietet einige Vorteile, stellt aber auch hohe Anforderungen an die Fertigungsqualität. Bei modernen Motoren bildet der Zylinderkopf einen Teil des Verbrennungsraumes. Dadurch wird die Verbrennung und somit auch die Leistungscharakteristik eines Motors vom Zylinderkopf beeibflusst. Es ist möglich, mit dem selben Motorblock durch die Verwendung unterschiedlicher Zylinderköpfe verschiedene Motoren zu bauen. So kann für einen Sportwagen derselbe Motorblock verwendet werden wie für eine Reiselimousine, wenn der Zylinderkopf eine jeweilige Charakteristik aufweist.
Bei Motoren mit mehr als einem Zylinder wird der Zylinderkopf meist für mehrere, meist für alle Zylinder zusammen gefasst. Motoren in V-Bauweise haben dann zwei Zylinderköpfe für jeweils drei, vier oder mehr Zylinder. Die Besestigung des Zylinderkopfes am Motorblock erfolgt mit Schrauben oder Stehbolzen. Während Stehbolzen nach einer Zylinderkopf Demontage meist wieder verwendet werden können, müssen Schrauben, so genannte Dehnschrauben in aller Regel ausgetauscht werden. Die Schrauben oder Muttern müssen bei der Zylinderkopf Montage in einer genau festgelegten Reihenfolge mit einem exakt vorgegebenen Drehmoment in mehreren Schritten angezogen werden. Zum Motorblock hin, in dem sich der Kolben auf und ab bewegt, wird der Zylinderkopf durch die Zylinderkopfdichtung abgedichtet. Im Zylinderkopf befinden sich die Ein- und Auslassventile, die für den Gaswechsel im Motor sorgen, und deren Steuerung untergebracht. Auch verschiedene Sensoren und Geber für die elektronische Steuerung des Motors sind bei modernen Aggregaten im Zylinderkopf mit untergebracht.
Heutige Zylinderköpfe bestehen meist aus einer Aluminium Legierung. Diese reagiert sehr empfindlich auf Überhitzung und ungleiche Wärmeverteilung. Deshalb ist bei neueren Motoren bei einem Kühlmittelverlust oder einem Defekt im Kühlkreislauf relativ schnell mit einem Schaden am Zylinderkof zu rechnen. Auch beim Nachfüllen von Kühlmittel muss man vorsichtig sein und kein kaltes Wasser in einen heissen Motor füllen. Dies hätte schnell einen Verzug am Zylinderkopf zur Folge, der zu undichtigkeiten führen würde. Neben Leistungsverlust machen sich solche Undichtigkeiten durch das Vermischen von Kühlmittel und Motoröl bemerkbar.
