O motor radial tem seus bancos de cilindros dispostos em um círculo ao redor do virabrequim. O motor radial típico tem de três a nove cilindros e é refrigerado a ar. Este tipo de motor é usado principalmente em aeronaves devido em parte ao seu peso leve e tremendo potencial de potência. O motor radial de rotação relativamente lenta permite que o motor mova uma hélice sem o uso de um acessório de redução de marcha, tornando-o o ajuste perfeito para uma aeronave.
Ao contrário do motor rotativo que normalmente opera fazendo com que os cilindros girem em torno do virabrequim, o motor radial opera fazendo com que o virabrequim gire dentro do bloco do motor. Ao contrário de um motor de automóvel que utiliza um virabrequim longo para seu bloco de motor longo e reto, o motor radial usa um virabrequim curto dentro do design circular ou redondo do motor. Além disso, todas as bielas do pistão se conectam ao virabrequim em um único movimento ou munhão. Uma haste do pistão é fixada ao virabrequim permanentemente e é conhecida como haste mestra. As outras hastes de pistão flutuam livremente e giram em torno do virabrequim em rolamentos fixados a pinos na haste mestra.
O projeto do motor radial foi usado exclusivamente em bombardeiros da Segunda Guerra Mundial e pode ser encontrado nas aeronaves B-17 e B-25 dos Estados Unidos. Muitos países europeus também operaram aeronaves equipadas com motores radiais com grande sucesso. Enquanto o motor de design radial produz grandes quantidades de cavalos de força, o bombardeiro B-17 utilizou quatro versões radiais supercharged, cada uma capaz de produzir 1,200 cavalos de seus 1,800 polegadas cúbicas (cerca de 29.5 litros). Os caças da época operavam principalmente com motores refrigerados a líquido em linha, devido à capacidade de montar os motores dentro dos painéis da carroceria, o que tornava os aviões mais aerodinâmicos.
Embora tenha obtido grande sucesso na Segunda Guerra Mundial, o motor radial foi substituído por designs de refrigeração líquida em quase todas as aeronaves na época da Guerra da Coréia. Avanços no projeto do motor, bem como nos componentes do motor, levaram a usinas de energia com refrigeração líquida mais leves e mais confiáveis. O radial viu a glória passar, e a evolução o tornou um design obsoleto em apenas alguns anos. Influências do design radial podem ser encontradas nos motores de motocicleta Harley-Davidson V-twin modernos, entretanto. Com as duas hastes de pistão conectadas ao virabrequim em um único munhão de haste, o motor Harley-Davidson refrigerado a ar opera com muitos dos mesmos designs principais do motor radial.