Un motor de cabeza plana puede diferenciarse de muchos otros diseños de motores de combustión interna por el hecho de que todo el tren de válvulas está ubicado dentro del bloque. Este diseño inicial del motor tenía varias ventajas y desventajas diferentes, y se ha vuelto mucho menos común que los motores de válvula superior (OHV) y de levas (OHC). Los cabezales usados en automóviles incluían motores de cuatro cilindros en línea, ochos rectos e incluso un gran V12. También fueron populares en motocicletas hasta que fueron reemplazados por cabezas de pan y otros diseños. Debido a la ubicación de las válvulas dentro del bloque del motor, las cabezas en un motor de cabeza plana generalmente son poco más que piezas sólidas de metal.
Muchos motores de combustión interna tienen sus válvulas ubicadas dentro de la culata. Los motores de cabeza plana tienen estas válvulas en el bloque, al lado de los pistones. La principal ventaja de este diseño es que el mecanismo de accionamiento de las válvulas puede ser sustancialmente más simple. Los motores OHV y OHC requieren componentes como balancines y varillas de empuje para operar las válvulas, pero esto se puede hacer más directamente en un motor de cabeza plana. Otra ventaja, particularmente en los motores de válvulas laterales, era que el conductor podía continuar operando su vehículo sin causar daños sustanciales al motor si se caía una válvula.
Una de las mayores ventajas que ofrecen los cabezales planos se deriva de la superposición relativamente pequeña que ocurre cuando ni las válvulas de escape ni las de admisión están cerradas. Debido a la manera en que las válvulas se abren presionando directamente sobre ellas, y la velocidad a la que pueden abrirse y cerrarse, esta superposición suele ser más corta que en los motores OHV u OHC. Esto puede permitir que un motor de cabeza plana funcione mejor a revoluciones por minuto (RPM) más bajas, y le da a los motores la reputación de ser difíciles de detener.
La mayoría de los inconvenientes inherentes a los motores de cabeza plana también están relacionados con el diseño de la válvula. El método por el cual absorben la mezcla de combustible y aire y expulsan los gases de combustión puede ser menos eficiente que muchos motores OHC y OHV, lo que resulta en un bajo rendimiento a altas velocidades. Los cabezales planos también tienen una relación de compresión máxima más baja que muchos otros diseños de motores, lo que puede contribuir a una menor eficiencia.
El uso moderno de motores de cabeza plana se limita principalmente a vehículos personalizados y restaurados. En estas aplicaciones, el uso de un auténtico motor de cabeza plana puede ser más importante para el rodder o el personalizador que los posibles inconvenientes inherentes al diseño. A veces también se usan en motores pequeños, como cortadoras de césped, donde la simplicidad de la estructura de la válvula es útil y el rendimiento a alta velocidad no es importante.