Đầu xi-lanh thường được làm bằng gang xám hoặc gang hợp kim, nhưng để cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe, trọng lượng của động cơ sắp xảy ra và việc sử dụng vật liệu nhẹ có thể làm giảm chất lượng động cơ một cách hiệu quả. Động cơ nhẹ (động cơ xăng và động cơ diesel có dung tích dưới 3L) sử dụng rộng rãi vật liệu hợp kim cho đầu xi-lanh. Trong cùng một cấu trúc, so với vật liệu gang, khối lượng có thể giảm từ 40% đến 60%.

Hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt tốt, hiệu suất làm mát tốt và là vật liệu xi lanh tuyệt vời. Việc bổ sung Cu vào hợp kim nhôm có thể cải thiện độ ổn định nhiệt và việc bổ sung Mg có thể làm tăng độ cứng của vật đúc.

Đầu xi lanh được lắp trên khối xi lanh để làm kín xi lanh từ phía trên và tạo thành buồng đốt. Nó thường xuyên tiếp xúc với khí nhiệt độ cao và áp suất cao nên chịu tải nhiệt và tải cơ học lớn. Áo nước làm mát được chế tạo bên trong đầu xi-lanh của động cơ làm mát bằng nước, lỗ nước làm mát ở đầu dưới của đầu xi-lanh thông với lỗ nước làm mát của khối xi-lanh. Sử dụng nước tuần hoàn để làm mát các bộ phận có nhiệt độ cao như buồng đốt.

Đầu xi-lanh còn được trang bị các ghế van nạp và xả, lỗ dẫn hướng van để lắp van nạp và xả cũng như các kênh nạp và xả. Đầu xi lanh của động cơ xăng được gia công lỗ để lắp bugi đánh lửa, còn đầu xi lanh của động cơ diesel được gia công lỗ để lắp kim phun nhiên liệu. Đầu xi lanh của động cơ trục cam trên cũng được gia công lỗ đỡ trục cam để lắp trục cam.