Головка цилиндра устанавливается поверх блока цилиндров, герметизируя цилиндр сверху и образуя камеру сгорания. Она часто контактирует с высокотемпературным и высоконапорным газом, поэтому испытывает большую тепловую и механическую нагрузку. Внутри головки цилиндра двигателя с водяным охлаждением выполнена водяная рубашка, а отверстия для охлаждающей воды на нижней торцевой поверхности головки цилиндра сообщаются с отверстиями для охлаждающей воды в блоке цилиндров. Для охлаждения высокотемпературных частей, таких как камера сгорания, используется циркулирующая вода.
Головка блока цилиндров также оснащена седлами впускных и выпускных клапанов, направляющими отверстиями для установки впускных и выпускных клапанов, а также впускными и выпускными каналами. В головке блока цилиндров бензинового двигателя имеются отверстия для установки свечей зажигания, а в головке блока цилиндров дизельного двигателя — отверстия для установки топливных форсунок. В головке блока цилиндров двигателя с верхним расположением распределительного вала также имеются отверстия для установки подшипников распределительного вала.
Головка цилиндра обычно изготавливается из серого чугуна или легированного чугуна. Хорошая теплопроводность алюминиевого сплава способствует повышению степени сжатия.
Головка цилиндра является неотъемлемой частью камеры сгорания. Форма камеры сгорания оказывает большое влияние на работу двигателя. Из-за различий в методах сгорания бензиновых и дизельных двигателей, части головки цилиндра, составляющие камеру сгорания, существенно различаются. Камера сгорания бензинового двигателя в основном расположена на головке цилиндра, тогда как камера сгорания дизельного двигателя в основном находится в углублении на верхней части поршня.

Меры по устранению трещин в головке цилиндров
1. Болты головки блока цилиндров следует затягивать равномерно, а время подачи масла необходимо правильно отрегулировать.
2. В резервуар для воды следует добавлять мягкую воду, и менять воду следует как можно реже.
3. Дизельному двигателю следует избегать длительной работы в режиме перегрузки.
4. Когда двигатель работает и в баке для воды периодически заканчивается вода, его не следует сразу выключать, а нужно запустить на низкой скорости и медленно доливать воду. Не следует добавлять холодную воду после того, как двигатель прогреется, и нужно дождаться, пока температура воды не опустится ниже 40°C, прежде чем сливать воду после стоянки. В холодное зимнее время нельзя сразу добавлять кипяток, а следует сначала нагреть воду, а затем добавить кипяток.
5. Перед сборкой проверьте, не засорились ли отверстия системы охлаждения. Регулярно очищайте систему охлаждения щелочным раствором для своевременного удаления накипи и масла.