يُركّب رأس الأسطوانة فوق كتلة الأسطوانات، مُحكمًا إغلاق الأسطوانة من الأعلى ومُشكّلًا غرفة الاحتراق. ونظرًا لتلامسه المتكرر مع غازات ذات درجة حرارة وضغط مرتفعين، فإنه يتحمل حملاً حراريًا وميكانيكيًا كبيرًا. يُصنع غلاف تبريد مائي داخل رأس أسطوانات المحرك المُبرّد بالماء، وتتصل فتحة التبريد الموجودة في الطرف السفلي لرأس الأسطوانة بفتحة التبريد في كتلة الأسطوانات. يُستخدم الماء المُدوّر لتبريد الأجزاء ذات درجة الحرارة العالية، مثل غرفة الاحتراق.
يُجهز رأس الأسطوانة بمقاعد صمامات السحب والعادم، وفتحات توجيه الصمامات لتركيبها، بالإضافة إلى ممرات السحب والعادم. يحتوي رأس أسطوانة محرك البنزين على فتحات لتركيب شمعات الإشعال، بينما يحتوي رأس أسطوانة محرك الديزل على فتحات لتركيب حاقنات الوقود. كما يحتوي رأس أسطوانة محرك عمود الكامات العلوي على فتحات لمحامل عمود الكامات لتركيبه.
يُصنع رأس الأسطوانة عادةً من الحديد الزهر الرمادي أو الحديد الزهر السبائكي. تتميز سبائك الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة، مما يُسهم في تحسين نسبة الانضغاط.
يُعدّ رأس الأسطوانة جزءًا لا يتجزأ من غرفة الاحتراق. ويؤثر شكل غرفة الاحتراق تأثيرًا كبيرًا على أداء المحرك. ونظرًا لاختلاف طرق الاحتراق في محركات البنزين ومحركات الديزل، فإن أجزاء رأس الأسطوانة التي تُشكّل غرفة الاحتراق تختلف اختلافًا كبيرًا. ففي محرك البنزين، تقع غرفة الاحتراق بشكل رئيسي على رأس الأسطوانة، بينما في محرك الديزل، تقع غرفة الاحتراق بشكل رئيسي في التجويف الموجود أعلى المكبس.

إجراءات لعلاج تشققات رأس الأسطوانة
1. يجب شد مسامير رأس الأسطوانة بالتساوي، ويجب ضبط وقت إمداد الزيت بشكل صحيح.
2. يجب إضافة الماء العذب إلى خزان المياه، ويجب تغيير الماء بأقل قدر ممكن.
3. يجب تجنب تشغيل محرك الديزل تحت الحمل الزائد لفترة طويلة.
٤. عند تشغيل المحرك وانخفاض مستوى الماء في الخزان بشكل متقطع، لا تُطفئه فورًا، بل شغّله بسرعة منخفضة وأضف الماء تدريجيًا. لا تُضف الماء البارد بعد أن يسخن المحرك، وانتظر حتى تنخفض درجة حرارة الماء إلى أقل من ٤٠ درجة مئوية قبل تصريفه بعد إيقاف السيارة. في فصل الشتاء البارد، لا تُضف الماء المغلي مباشرةً، بل سخّن الماء أولًا ثم أضف الماء المغلي.
٥. تأكد من عدم انسداد فتحات مياه التبريد أثناء التركيب. نظّف نظام التبريد بانتظام باستخدام محلول قلوي لإزالة الترسبات والزيوت في الوقت المناسب.