发动机中的配气机构具有关键性作用，它根据气缸的工作顺序和工作循环要求，定时开启和关闭每个气缸的进排气门。这一操作使得新鲜空气或混合气能够进入气缸，同时让废气从气缸。
配气结构中的凸轮轴数量不同，可分为单顶置凸轮轴和双顶置凸轮轴两种形式。
单顶置凸轮轴
单顶置凸轮轴是气缸盖内仅设置一条凸轮轴的设计方案。在直列汽缸发动机中，只需一条安放在汽缸盖上方的凸轮轴，而V形汽缸发动机则因结构需要两条凸轮轴，分别置于一组汽缸之上。这种设计简化了结构，使得往复运动部件及其总质量较同等条件下的推杆式发动机显著减少。单顶置凸轮轴能提高发动机转速，进而在输出扭矩不变的情况下提升功率输出。凸轮轴能直接或通过摇臂控制气门开闭，这一设计更加直接有效。
相较于推杆式结构，单顶置凸轮轴使发动机结构更为紧凑，特别是在采用多气门设计时优势更为明显。由于进气门和排气门在进气道中的位置不同，气门开闭时间的精确性可能会受到一定影响。
双顶置凸轮轴
双顶置凸轮轴是一种更为复杂的配气结构，它在气缸盖内配备了两条凸轮轴，分别控制进气门和排气门。根据发动机构造不同，特别是汽缸排列形式的不同，一台双顶置凸轮轴汽车发动机可能拥有两条到四条不等的凸轮轴。
双顶置凸轮轴结构并不等同于多气门设计，但多气门发动机的气门通常需要更为直接地驱动，因此双顶置凸轮轴成为不可或缺的驱动方式。如今，双顶置凸轮轴已经与多气门技术紧密关联，因为大多数双顶置凸轮轴发动机都采用了多气门设计，每个汽缸拥有三到五个气门。
在某些美式大排量发动机中，还采用了底置凸轮轴与顶置气门的配气结构布局。这种设计使得发动机在中低转速区间获得优秀的充气效率，从而在此区间内实现出色的动力输出。这种设计结合了两缸每气门的设计特点，使发动机性能更加优化。
