Venttiili, joka päästää seoksen sylinteriin, on imuventtiili; venttiili, jonka kautta käytetyt kaasut poistuvat, on pakoventtiili. Ne on suunniteltu avautumaan ja sulkeutumaan täsmällisinä hetkinä, jotta moottori toimii tehokkaasti kaikilla kierrosluvuilla.
Toimintaa ohjaavat päärynänmuotoiset nokka-akselit, joita kutsutaan nokka-akseleiksi, pyörivällä akselilla, nokka-akselilla, jota ohjataan ketjulla, hihnalla tai hammaspyöräsarjalla kampiakselilta.
Missä nokka-akseli on asennettu moottorilohkoon, jokaisen nokan yläpuolella olevissa kanavissa istuvat pienet metalliset sylinterin nokka-akselit, ja nokka-akseleista ulottuvat metalliset työntötangot sylinterikanteen. Kunkin työntötangon yläpää kohtaa keinuvivun, joka tukeutuu venttiilin varteen, jota vahva kierrejousi, venttiilin jousi, pitää koholla (suljetussa) asennossa.
Työntötangon noustessa nokassa se kääntää keinuvivun, joka painaa venttiilin alas (auki) jousen painetta vasten. Kun nokkapyörä pyörii edelleen, venttiilin jousi sulkee venttiilin. Tätä kutsutaan yläpuolella olevaksi venttiilijärjestelmäksi (OHV).
Joissain moottoreissa ei ole työntötankoja, vaan venttiileitä ohjataan suoremmin sylinterin päässä olevilla yksittäisillä tai kaksinkertaisilla nokka-akseleilla itse yläpuolella olevaan nokka-akseliin perustuvassa järjestelmässä (overhead-cam system, OHV).
Koska nokka-akselin ja venttiilin välissä on vähemmän liikkuvia osia, yläpuolella olevaan nokka-akseliin perustuvassa (overhead-cam system, OHC) järjestelmässä moottoritapa on tehokkaampi, ja se tuottaa tiettyä moottorin tilavuutta käytettäessä suuremman tehon, kuin työntötankoja sisältävässä moottorissa, koska moottori pystyy toimimaan suuremmilla kierrosnopeuksilla. Kummassakin järjestelmässä käyttöpyörästössä on oltava jonkin verran vapaata pelivaraa, jotta venttiili voi vielä sulkeutua kokonaan, kun osat ovat laajentuneet lämmön vaikutuksesta.
Venttiilin varren ja keinuvivun tai nokan välissä on oltava ennalta määritetty välys, jotta laajentuminen on mahdollista. Tappien välykset vaihtelevat suuresti eri autoissa, ja virheellisellä säädöllä voi olla vakavia vaikutuksia.
Jos välys on liian suuri, venttiilit avautuvat myöhään ja sulkeutuvat aikaisin, jolloin teho vähenee ja moottorin melu lisääntyy.
Liian pieni välys estää venttiileitä sulkeutumasta kunnolla, jolloin puristus heikkenee.
Joissain moottoreissa on itsesäätyvät tappit, joita käytetään hydraulisesti moottorin öljynpaineella.