發動機凸輪軸的作用主要是控制進氣門與排氣門的開啟和閉合。

在四沖程發動機中，它的速度通常是曲軸速度的一半，而在二沖程發動機中則與曲軸速度相同。通過自身的旋轉帶動氣門運動，其運動規律直接影響發動機的功率和工作特性。

凸輪軸的設計和制造要求很高。因為它要承受周期性沖擊載荷，與挺桿的接觸應力大，相對滑動速度高，所以其材料一般是優質合金鋼或合金鋼，且軸頸和工作面需要有高的尺寸精度、小的表面粗糙度、足夠的剛度、良好的耐磨性和潤滑性。

從結構上看，凸輪軸主體是圓柱形棒狀，上面有若干凸起且方向不同的凸輪，整體長度與氣缸組尺寸相近。

現代發動機多采用頂置式凸輪軸，離氣門近，能直接或通過搖臂驅動氣門，使氣門開閉更迅速。

按配氣機構設計不同，凸輪軸分為底置、中置和頂置式。底置式位于曲軸箱內，結構簡單、可靠性高、成本低、引擎重心低，常見于大排量、低轉速、大扭矩輸出的引擎。頂置式則不需要借助其他裝置就能直接驅動氣門，滿足高轉速工作需求。

頂置凸輪軸還可按配氣結構包含的凸輪軸數量分為單頂置凸輪軸和雙頂置凸輪軸。單頂置凸輪軸通過一根凸輪軸控制進氣和排氣門，結構簡單，能滿足較高轉速需求，但精確性受影響。雙頂置凸輪軸用兩根平行布局的凸輪軸分別操作進氣門和排氣門，精確性和可控性更強，適用于多氣門設計和帶有 VVT 的引擎，能讓發動機輸出功率和燃油經濟性更好。