Die Zylinderbänke des Sternmotors sind kreisförmig um die Kurbelwelle angeordnet. Der typische Sternmotor hat drei bis neun Zylinder und ist luftgekühlt. Dieser Motortyp wird hauptsächlich in Flugzeugen verwendet, teilweise aufgrund seines geringen Gewichts und seines enormen PS-Potentials. Der relativ langsam drehende Sternmotor ermöglicht es dem Motor, einen Propeller ohne Verwendung eines Untersetzungsaufsatzes anzutreiben, wodurch er perfekt für ein Flugzeug geeignet ist.
Anders als der Rotationsmotor, der typischerweise arbeitet, indem die Zylinder um die Kurbelwelle rotieren, arbeitet der Sternmotor, indem die Kurbelwelle innerhalb des Motorblocks rotiert. Im Gegensatz zu einem Automotor, der eine lange Kurbelwelle für seinen langen geraden Motorblock verwendet, verwendet der Sternmotor eine kurze Kurbelwelle innerhalb des kreisförmigen oder runden Motordesigns. Außerdem sind alle Pleuelstangen des Kolbens auf einem einzigen Hub oder Zapfen an der Kurbelwelle befestigt. Eine Kolbenstange ist fest mit der Kurbelwelle verbunden und wird als Geberstange bezeichnet. Die anderen Kolbenstangen sind frei schwebend und drehen sich um die Kurbelwelle auf Lagern, die an Stiften an der Geberstange befestigt sind.
Das Sternmotordesign wurde ausschließlich in Bombern des Zweiten Weltkriegs verwendet und ist in den Flugzeugen B-17 und B-25 der Vereinigten Staaten zu finden. Auch in vielen europäischen Ländern wurden mit großem Erfolg Flugzeuge mit Sternmotoren betrieben. Während der Radialmotor große PS-Leistungen erzeugt, nutzte der B-17-Bomber vier radial aufgeladene Versionen, von denen jede 1,200 PS aus ihren 1,800 Kubikzoll (etwa 29.5 Litern) erzeugen konnte. Jagdflugzeuge dieser Ära arbeiteten hauptsächlich mit flüssigkeitsgekühlten Inline-Motoren, da die Motoren in den Karosserieteilen montiert werden konnten, was die Flugzeuge aerodynamischer machte.
Der Sternmotor war im Zweiten Weltkrieg sehr erfolgreich, wurde aber bis zum Koreakrieg in fast allen Flugzeugen durch flüssigkeitsgekühlte Konstruktionen ersetzt. Fortschritte in der Motorkonstruktion sowie bei Motorkomponenten führten zu leichteren, zuverlässigeren, flüssigkeitsgekühlten Kraftwerken. Der Radial hat den Ruhm vorbeiziehen sehen und die Evolution hat ihn in nur wenigen Jahren zu einem veralteten Design gemacht. Einflüsse des Radialdesigns finden sich jedoch in modernen Harley-Davidson V-Twin-Motorradmotoren. Da die beiden Kolbenstangen an der Kurbelwelle an einem einzigen Stangenzapfen befestigt sind, arbeitet der luftgekühlte Harley-Davidson-Motor mit vielen der gleichen Grundkonstruktionen wie der Sternmotor.