Mesin berpendingin udara menggunakan sirip pendingin yang dimasukkan ke kepala silindernya untuk membuang panas daripada menggunakan radiator berisi cairan. Dengan menghilangkan radiator, mesin berpendingin udara dapat digunakan dalam aplikasi di mana pembatasan ruang melarang pemasangan radiator. Saat mesin berpendingin udara menghasilkan panas, sirip pendingin memungkinkan angin dan udara memindahkan panas dari mesin seperti orang yang meniup makanan yang terlalu panas untuk dimakan. Digunakan di setiap jenis kendaraan mulai dari pesawat terbang, traktor dan mobil sport hingga sepeda motor dan kapal, mesin berpendingin udara telah terbukti andal dan juga tahan lama. Dalam aplikasi seperti penggunaan pesawat, mesin berpendingin udara mencegah dingin ekstrem yang ditemukan di ketinggian tinggi dari menyebabkan masalah pembekuan seperti yang mengganggu mesin pesawat berpendingin cairan.
Populer di sepeda motor karena bobotnya yang berkurang, mesin berpendingin udara digunakan pada beberapa sepeda motor paling mahal serta model yang paling terjangkau. Meskipun sering dikritik karena banyaknya panas yang mengalir ke kaki pengendara saat duduk diam, mesin berpendingin udara tetap menjadi pilihan populer bagi banyak sepeda motor custom-built di seluruh dunia. Banyak produsen sepeda motor gaya touring telah memilih untuk memasok versi berpendingin cairan di sepeda motor kelas atas. Perusahaan sepeda motor Harley-Davidson yang berbasis di Amerika, bagaimanapun, terus menawarkan konfigurasi mesin berpendingin udara sebagai paket mesin utama.
Banyak peralatan yang digunakan dalam perdagangan konstruksi menggunakan mesin berpendingin udara untuk menyediakan tenaga. Hal ini memungkinkan peralatan untuk dioperasikan di iklim yang parah tanpa takut membeku atau terlalu panas. Dengan menghilangkan radiator, pompa air, dan cairan pendingin, perawatan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit untuk menjaga peralatan tetap hidup dan bekerja. Kebanyakan mesin berpendingin non-cair beroperasi pada kecepatan mesin yang dikurangi, yang juga mengurangi beberapa keausan komponen internal mesin. Salah satu pengecualian yang paling menonjol untuk aturan ini adalah gergaji mesin, yang beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi.
Mesin berpendingin udara yang beroperasi pada kecepatan mesin tinggi seringkali merupakan versi 2-tak. Jenis mesin ini menggunakan campuran gas dan oli di tangki bahan bakar, dan oli membantu mendinginkan mesin. Jenis konfigurasi ini juga menghilangkan sejumlah besar oli di bak mesin mesin. Oli menahan panas mesin dan menambah kesulitan pendinginan di mesin 4-tak. Inilah sebabnya mengapa banyak mesin 4-tak memerlukan pendingin oli mesin eksternal untuk membantu menjaga suhu yang tepat.