Kepala silinder umumnya terbuat dari besi cor kelabu atau besi cor paduan, namun untuk meningkatkan penghematan bahan bakar kendaraan, bobot mesin akan segera terjadi, dan penggunaan bahan yang ringan dapat secara efektif menurunkan kualitas mesin. Mesin ringan (mesin bensin dan mesin diesel dengan kapasitas kurang dari 3L) banyak menggunakan bahan paduan untuk kepala silinder. Di bawah struktur yang sama, dibandingkan dengan material besi cor, massa dapat dikurangi sebesar 40% hingga 60%.

Paduan aluminium memiliki konduktivitas termal yang baik, kinerja pendinginan yang baik, dan merupakan bahan silinder yang sangat baik. Penambahan Cu pada paduan aluminium dapat meningkatkan stabilitas termal, dan penambahan Mg dapat meningkatkan kekerasan hasil coran.

Kepala silinder dipasang pada blok silinder untuk menutup silinder dari atas dan membentuk ruang bakar. Seringkali bersentuhan dengan gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi, sehingga menanggung beban termal dan beban mekanis yang besar. Jaket air pendingin dibuat di dalam kepala silinder mesin berpendingin air, dan lubang air pendingin di ujung bawah kepala silinder berhubungan dengan lubang air pendingin pada blok silinder. Gunakan air sirkulasi untuk mendinginkan bagian bersuhu tinggi seperti ruang bakar.

Kepala silinder juga dilengkapi dengan dudukan katup masuk dan keluar, lubang pemandu katup untuk memasang katup masuk dan buang, serta saluran masuk dan buang. Kepala silinder mesin bensin dikerjakan dengan lubang-lubang untuk memasang busi, sedangkan kepala silinder mesin diesel dikerjakan dengan lubang-lubang untuk memasang injektor bahan bakar. Kepala silinder mesin camshaft overhead juga dikerjakan dengan lubang bantalan camshaft untuk memasang camshaft.