Um motor de cabeça chata pode ser diferenciado de muitos outros projetos de motor de combustão interna pelo fato de que todo o trem de válvulas está localizado dentro do bloco. Esse projeto inicial de motor apresentava várias vantagens e desvantagens diferentes e se tornou muito menos comum do que os motores de válvula suspensa (OHV) e de came suspenso (OHC). Os cabeçotes planos usados em automóveis incluíam motores de quatro cilindros em linha, oitos retos e até um grande V12. Eles também eram populares em motocicletas até serem substituídos por cabeças de panela e outros designs. Devido à localização das válvulas dentro do bloco do motor, os cabeçotes em um motor de cabeça chata normalmente são pouco mais do que peças sólidas de metal.
Muitos motores de combustão interna têm suas válvulas localizadas dentro da cabeça do cilindro. Os motores de cabeça chata têm essas válvulas no bloco, ao lado dos pistões. A principal vantagem desse projeto é que o mecanismo de acionamento das válvulas pode ser substancialmente mais simples. Os motores OHV e OHC requerem componentes como balancins e hastes para operar as válvulas, mas isso pode ser feito mais diretamente em um motor de cabeça chata. Outra vantagem, particularmente em motores com válvula lateral, era que o motorista poderia continuar operando seu veículo sem causar danos substanciais ao motor se uma válvula caísse.
Uma das maiores vantagens oferecidas pelos cabeçotes planos deriva da sobreposição relativamente pequena que ocorre quando as válvulas de escape ou de admissão não estão fechadas. Devido à maneira como as válvulas são abertas ao pressioná-las diretamente e à velocidade com que podem abrir e fechar, essa sobreposição é normalmente mais curta do que nos motores OHV ou OHC. Isso pode permitir que um motor de cabeça plana tenha um desempenho melhor em rotações por minuto (RPMs) mais baixas e dá aos motores a reputação de serem difíceis de estolar.
A maioria das desvantagens inerentes aos motores de cabeça plana também estão relacionadas ao projeto da válvula. O método pelo qual eles absorvem a mistura de combustível e ar, bem como expelem os gases de combustão, pode ser menos eficiente do que muitos motores OHC e OHV, resultando em baixo desempenho em altas velocidades. As cabeças chatas também têm uma taxa de compressão máxima mais baixa do que muitos outros designs de motor, o que pode contribuir para diminuir a eficiência.
O uso moderno de motores de cabeça plana é principalmente limitado a veículos personalizados e restaurados. Nessas aplicações, o uso de um motor de cabeça chata autêntico pode ser mais importante para o rodder ou personalizador do que as desvantagens potenciais inerentes ao projeto. Eles também são usados às vezes em pequenos motores, como cortadores de grama, onde a simplicidade da estrutura da válvula é útil e o desempenho em alta velocidade não é importante.