Ein Flathead-Motor unterscheidet sich von vielen anderen Verbrennungsmotor-Konstruktionen dadurch, dass sich der gesamte Ventiltrieb innerhalb des Blocks befindet. Diese frühe Motorkonstruktion hatte verschiedene Vor- und Nachteile und ist viel weniger verbreitet als Motoren mit obenliegendem Ventil (OHV) und obenliegender Nockenwelle (OHC). Zu den in Autos verwendeten Flatheads gehörten Vierzylinder-Reihenmotoren, gerade Achtermotoren und sogar ein großer V12. Sie waren auch bei Motorrädern beliebt, bis sie durch Panheads und andere Designs ersetzt wurden. Aufgrund der Anordnung der Ventile innerhalb des Motorblocks sind die Köpfe eines Flathead-Motors in der Regel kaum mehr als massive Metallstücke.
Bei vielen Verbrennungsmotoren befinden sich die Ventile im Zylinderkopf. Flathead-Motoren haben diese Ventile im Block neben den Kolben. Der Hauptvorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass der Antriebsmechanismus für die Ventile wesentlich einfacher sein kann. OHV- und OHC-Motoren erfordern Komponenten wie Kipphebel und Stößelstangen, um die Ventile zu betätigen, aber dies kann bei einem Flathead-Motor direkter erfolgen. Ein weiterer Vorteil, insbesondere bei Seitenventilmotoren, bestand darin, dass der Fahrer sein Fahrzeug weiterbetrieben konnte, ohne dass der Motor bei einem Fallenlassen eines Ventils erheblich beschädigt wurde.
Einer der größten Vorteile von Flatheads ergibt sich aus der relativ kleinen Überlappung, die auftritt, wenn weder Auslass- noch Einlassventil geschlossen sind. Aufgrund der Art und Weise, wie die Ventile durch direkten Druck geöffnet werden, und der Geschwindigkeit, mit der sie öffnen und schließen können, ist diese Überlappung typischerweise kürzer als bei OHV- oder OHC-Motoren. Dies kann es einem Flathead-Motor ermöglichen, bei niedrigeren Umdrehungen pro Minute (U/min) eine bessere Leistung zu erbringen, und gibt den Motoren den Ruf, schwer abzuwürgen.
Die meisten der bei Flathead-Motoren inhärenten Nachteile hängen auch mit der Ventilkonstruktion zusammen. Die Methode, mit der sie das Kraftstoff-Luft-Gemisch ansaugen und die Verbrennungsgase ausstoßen, kann weniger effizient sein als bei vielen OHC- und OHV-Motoren, was zu einer schlechten Leistung bei hohen Drehzahlen führt. Flatheads haben auch ein niedrigeres maximales Verdichtungsverhältnis als viele andere Motorkonstruktionen, was zu einer geringeren Effizienz beitragen kann.
Der moderne Einsatz von Flathead-Motoren beschränkt sich hauptsächlich auf speziell angefertigte und restaurierte Fahrzeuge. Bei diesen Anwendungen kann die Verwendung eines authentischen Flathead-Motors für den Rodder oder Customizer wichtiger sein als die potenziellen Nachteile, die dem Design inhärent sind. Sie werden manchmal auch in kleinen Motoren wie Rasenmähern verwendet, bei denen die Einfachheit der Ventilstruktur nützlich und die Hochgeschwindigkeitsleistung unwichtig ist.