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  凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪,用於驅動氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點,另一端與驅動輪相連線。  凸輪的側面呈雞蛋形。其設計的目的在於保證汽缸充分的進氣和排氣,具體來說就是在儘可能短的時間內完成氣門的開、閉動作。另外考慮到發動機的耐久性和運轉的平順性,氣門也不能因開閉動作中的加減速過程產生過多過大的衝擊,否則就會造成氣門的嚴重磨損、噪聲增加或是其它嚴重後果。因此,凸輪和發動機的功率、扭矩輸出以及運轉的平順性有很直接的關係。  一般來說直列式發動機中,一個凸輪都對應一個氣門,V型發動機或水平對置式發動機則是每兩個氣門共享一個凸輪。而轉子發動機和無閥配氣發動機由於其特殊的結構,並不需要凸輪。

  在以前很長的一段時間裡,底置式凸輪軸在內燃機中最為常見。通常這樣的發動機中,氣門位於發動機的頂部,即所謂的OHV(OverHead Valve,頂置氣閥)式發動機。此時通常凸輪軸位於曲軸箱的側面,通過配氣機構(如挺杆、推杆、搖臂等)對氣門進行控制。因此底置式凸輪軸一般也叫側置式凸輪軸。由於在這樣的發動機中凸輪軸距離氣門較遠,而且每個氣缸通常只有兩個氣門,因此轉速通常較慢,平順性不佳,輸出功率也比較低。不過這種結構的引擎輸出扭矩和低速效能比較出色,結構也比較簡單,易於維修。  現在大多數量產車的發動機配備的是頂置式凸輪軸。頂置式凸輪軸結構使凸輪軸更加接近氣門,減少了底置式凸輪軸由於凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的往返動能的浪費。頂置式凸輪軸的發動機由於氣門開閉動作比較迅速,因而轉速更高,執行的平穩度也比較好。較早出現的頂置式凸輪軸結構的發動機是SOHC(Single OverHead Cam,頂置單凸輪軸)式發動機。這種發動機在頂部只安裝了一根凸輪軸,因此一般每個汽缸只有兩到三個氣門(進氣一到兩個,排氣一個),高速效能受到了限制。而技術更新一些的則是DOHC式(Double OverHead Cam,頂置雙凸輪軸)發動機,這種發動機由於配備了兩根凸輪軸,每個汽缸可以安裝四到五個氣門(進氣二到三個,排氣二個),高速效能得到了顯著的提升,不過與此同時低速效能會受到一定的影響,結構也會變得複雜,不易維修。

  底置式凸輪軸通常採用星形齒輪組(即所謂的“控制輪”),輥子鏈或齒條與曲軸相連。為了控制噪聲,直徑較大的凸輪軸端傳動輪通常由塑料或者輕金屬製造,而相對直徑較小的曲軸端傳動輪則大多采用鋼材。  鏈條連線也比較多見。這種方式在底置式和頂置式凸輪軸上都可以看到。為了減小噪聲(一般是鏈條在運動中產生的“振擺噪聲”),通常還會附帶一個液壓壓緊裝置和塑料材質的導軌。  頂置式凸輪軸結構中比較多見的是用一個塑料齒條鏈連線。這個齒條鏈位於發動機機油腔外,附帶有鋼質的嵌入部件,通過一個可調的輥子幫助張緊。  還有一種結構由於動力在傳輸過程中損耗過大且過於複雜,現在已經比較少見。這種結構通過一個偏心連桿、星形齒輪組或帶中間軸的錐形齒輪組來連線頂置式凸輪軸與曲軸。
凸輪軸(英語:Camshaft)是活塞發動機裡的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。雖然在四衝程發動機裡凸輪軸的轉速是曲軸的一半(在二衝程發動機中凸輪軸的轉速與曲軸相同),不過通常它的轉速依然很高,而且需要承受很大的扭矩,因此設計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高,其材質一般是特種鑄鐵,偶爾也有采用鍛件的。由於氣門運動規律關係到一臺發動機的動力和運轉特性,因此凸輪軸設計在發動機的設計過程中佔據著十分重要的地位。