De klep die het mengsel in de cilinder brengt, is de inlaatklep; die waardoor de afgewerkte gassen ontsnappen, is de uitlaatklep. Ze zijn ontworpen om op precieze momenten te openen en te sluiten, zodat de motor bij alle toerentallen efficiënt kan draaien.
De werking wordt geregeld door peervormige lobben, nokken genoemd, op een roterende as, de nokkenas, die wordt aangedreven door een ketting, een riem of een set tandwielen vanaf de krukas.
Waar de nokkenas in het motorblok is gemonteerd, zitten kleine metalen cilinderstoters in kanalen boven elke nok, en vanaf de stoters steken metalen stoterstangen omhoog in de cilinderkop. De top van elke stoterstang ontmoet een tuimelaar die tegen de stang van een klep aanligt, die in een verhoogde (gesloten) positie wordt gehouden door een sterke opgerolde veer, de klepveer.
Als de stoterstang op de nok omhoog komt, draait hij de tuimelaar, die de klep tegen de druk van zijn veer in omlaag (open) duwt. Als de nokkenlob verder draait, sluit de klepveer de klep. Dit wordt een overhead-valve (OHV) systeem genoemd.
Sommige motoren hebben geen stoterstangen; de kleppen worden directer bediend door enkele of dubbele nokkenassen in de cilinderkop zelf het overhead-cam systeem.
Omdat er minder bewegende delen tussen de nokkenas en de klep zijn, is de overhead-cam (OHC) methode efficiënter en levert meer vermogen voor een gegeven motorinhoud dan een motor met stoterstangen, omdat deze bij hogere toerentallen kan werken. Bij beide systemen moet er enige speling zijn in het werkend tandwiel, zodat de klep nog volledig kan sluiten wanneer de onderdelen door warmte zijn uitgezet.
Een vooraf ingestelde speling tussen de klepsteel en de tuimelaar of nok is essentieel, om uitzetting mogelijk te maken. De speling tussen de klepstoters varieert sterk bij verschillende auto’s, en een verkeerde afstelling kan ernstige gevolgen hebben.
Als de speling te groot is, gaan de kleppen te laat open en te vroeg dicht, waardoor het vermogen afneemt en het motorgeluid toeneemt.
Een te kleine speling voorkomt dat de kleppen goed sluiten, met als gevolg compressieverlies.
Sommige motoren hebben zelfstellende klepstoters, die hydraulisch worden bediend door de motoroliedruk.