A válvula que permite a mistura no cilindro é a válvula de entrada; aquela através da qual os gases gastos escapam é a válvula de escape. Elas são concebidas para abrir e fechar em momentos precisos, para permitir que o motor funcione eficientemente a todas as velocidades.
A operação é controlada por lóbulos em forma de pêra, chamados cames, sobre um eixo rotativo, a árvore de cames, accionada por uma corrente, uma correia ou um conjunto de engrenagens da cambota.
Onde a árvore de cames está montada no bloco do motor, os pequenos cilindros metálicos de tuchos assentam em canais acima de cada came, e a partir dos tuchos a haste metálica se estende até o cabeçote do cilindro. A parte superior de cada haste de comando de válvulas encontra-se com um balancim que suporta contra a haste de uma válvula, que é mantida em posição elevada (fechada) por uma mola forte em espiral a mola da válvula.
Quando a haste de comando de válvulas sobe sobre a came, ela gira o balancim, que empurra a válvula para baixo (aberta) contra a pressão da sua mola. Quando o lóbulo da came gira mais, a mola da válvula actua para fechar a válvula. Isto é chamado de sistema de válvula suspensa (OHV).
Alguns motores não possuem hastes de comando de válvulas; as válvulas são operadas mais diretamente por um ou dois eixos de comando de válvulas no próprio cabeçote do sistema de haste suspensa.
Como há menos partes móveis entre o eixo de comando de válvulas e a válvula, o método de haste suspensa (OHC) é mais eficiente e produz mais potência para uma determinada capacidade do motor do que um motor com hastes de comando de válvulas, porque ele pode operar em velocidades mais altas. Em ambos os sistemas, deve haver alguma folga livre na engrenagem de operação, de modo que a válvula ainda possa fechar completamente quando as peças tiverem expandido através do calor.
Uma folga pré-estabelecida entre a haste da válvula e o balancim ou cam, é essencial para permitir a expansão. A folga do tucho varia muito em diferentes carros, e um ajuste defeituoso pode ter efeitos graves.
Se a folga for muito grande, as válvulas abrem tarde e fecham cedo, reduzindo a potência e aumentando o ruído do motor.
Uma folga muito pequena impede que as válvulas fechem adequadamente, com a consequente perda de compressão.
alguns motores têm tuchos auto-ajustáveis, que são operados hidraulicamente pela pressão do óleo do motor.