Um motor refrigerado a ar usa aletas de resfriamento fundidas em sua cabeça do cilindro para dissipar o calor em vez de usar um radiador cheio de líquido. Ao eliminar o radiador, um motor refrigerado a ar pode ser usado em aplicações nas quais as restrições de espaço proíbem a instalação de um radiador. À medida que o motor resfriado a ar acumula calor, as aletas de resfriamento permitem que o vento e o ar afastem o calor do motor, da mesma forma que uma pessoa soprando um pedaço de comida quente demais para comer. Usado em todos os tipos de veículos, desde aeronaves, tratores e carros esportivos até motocicletas e barcos, o motor refrigerado a ar provou ser confiável e durável. Em aplicações como o uso de aeronaves, o motor refrigerado a ar evita que o frio extremo encontrado em grandes altitudes cause problemas de congelamento, como os que afetam os motores de aeronaves refrigerados a líquido.
Popular em motocicletas devido ao seu peso reduzido, o motor refrigerado a ar é usado em algumas das motocicletas mais caras, bem como nos modelos mais acessíveis. Embora muitas vezes criticado pela tremenda quantidade de calor transmitida às pernas dos pilotos quando sentados parados, um motor refrigerado a ar ainda continua sendo a escolha popular para muitas motocicletas personalizadas em todo o mundo. Muitos fabricantes de motocicletas de turismo optaram por fornecer versões com refrigeração líquida em motocicletas de ponta. A empresa americana de motocicletas Harley-Davidson, entretanto, continua a oferecer configurações de motores refrigerados a ar como o pacote de motor principal.
Muitos equipamentos usados no comércio de construção usam um motor refrigerado a ar para fornecer energia. Isso permite que o equipamento seja operado em climas severos sem medo de congelamento ou superaquecimento. Ao eliminar o radiador, a bomba d’água e o líquido refrigerante, há muito menos manutenção necessária para manter o equipamento em funcionamento. A maioria dos motores não refrigerados a líquido opera em velocidade reduzida do motor, o que também reduz parte do desgaste dos componentes internos do motor. Uma das exceções mais notáveis a essa regra é a motosserra, que opera em uma velocidade muito alta.
Os motores refrigerados a ar que operam em altas rotações são geralmente versões de 2 tempos. Este tipo de motor usa uma mistura de gás e óleo no tanque de combustível, e o óleo ajuda a resfriar o motor. Esse tipo de configuração também elimina grande quantidade de óleo no cárter do motor. O óleo retém o calor do motor e aumenta as dificuldades de refrigeração em um motor de 4 tempos. É por isso que muitos motores de 4 tempos requerem um resfriador de óleo do motor externo para ajudar a manter as temperaturas adequadas.