Die Nockenwelle hat die Aufgabe, die Ventile zum richtigen Zeitpunkt und in festgelegter Reihenfolge zu öffnen und durch die Ventilfeder wieder zu schließen. Die Nockenwelle wird von der Kurbelwelle entweder direkt oder durch Stirnräder bzw. von mehr als einer Steuerkette angetrieben. Das [[Übersetzungsverhältnis ]] beträgt 2 : 1, d. h. die Nockenwelle rotiert halb so schnell wie die Kurbelwelle.
Es wird zwischen unten- und obenliegenden Nockenwellen unterschieden. Die untenliegende Nockenwelle befindet sich im Motorblock, während die Ventile hängend im Zylinderkopf arbeiten. Die Ventile werden mittels Stößelstangen und Schlepphebel von der Nockenwelle gesteuert. Diese Bauart wird eigentlich nur noch bei amerikanischen "Bigblocks" und LKWs verwendet, da keine hohen Drehzahlen möglich sind. Eine bzw. zwei obenliegende Nockenwellen sind im Zylinderkopf eingebaut und treiben die Ventile über Kipp-, Schlepphebel oder direkt über Tassenstößel an. Durch eine mechanische oder hydraulische Verstellung können sich die Steuerzeiten abhängig von der Motordrehzahl ändern.
