En flatheadmotor kan särskiljas från många andra förbränningsmotorkonstruktioner genom att hela ventiltåget är placerat inom blocket. Denna tidiga motordesign kom med flera olika fördelar och nackdelar och har blivit mycket mindre vanlig än motorer med overheadventil (OHV) och overhead cam (OHC). Flatheads som användes i bilar inkluderade inline fyrcylindriga motorer, raka åttor och till och med en stor V12. De var också populära i motorcyklar tills de ersattes av panheads och andra mönster. På grund av placeringen av ventilerna inuti motorblocket är huvudena på en flatheadmotor vanligtvis lite mer än solida metallbitar.
Många förbränningsmotorer har sina ventiler placerade i cylinderhuvudet. Flathead-motorer har dessa ventiler i blocket, bredvid kolvarna. Den primära fördelen med denna konstruktion är att drivmekanismen för ventilerna kan vara avsevärt enklare. OHV- och OHC-motorer kräver komponenter som vipparmar och stötstänger för att manövrera ventilerna, men detta kan göras mer direkt i en flatheadmotor. En annan fördel, särskilt i sidoventilsmotorer, var att föraren kunde fortsätta köra sitt fordon utan att göra betydande skador på motorn om en ventil råkade falla.
En av de största fördelarna med flatheads härrör från den relativt lilla överlappningen som uppstår när varken avgas- eller insugsventiler är stängda. På grund av det sätt på vilket ventilerna öppnas genom att trycka direkt på dem, och den hastighet med vilken de kan öppna och stänga, är denna överlappning vanligtvis kortare än i OHV- eller OHC-motorer. Detta kan göra det möjligt för en motor med platt huvud att prestera bättre vid lägre varv per minut (RPM), och ger motorerna ryktet om att vara svåra att stoppa.
De flesta av nackdelarna med flatheadmotorer är också relaterade till ventildesignen. Metoden med vilken de tar in bränsle- och luftblandningen samt driver ut förbränningsgaserna kan vara mindre effektiv än många OHC- och OHV-motorer, vilket resulterar i dålig prestanda vid höga hastigheter. Flatheads har också ett lägre maximalt kompressionsförhållande än många andra motorkonstruktioner, vilket kan bidra till lägre effektivitet.
Modern användning av flatheadmotorer är huvudsakligen begränsad till specialbyggda och restaurerade fordon. I dessa applikationer kan användningen av en autentisk flatheadmotor vara viktigare för roddaren eller anpassaren än de potentiella nackdelarna som är inneboende i designen. De används också ibland i små motorer som gräsklippare, där enkelheten i ventilstrukturen är användbar och höghastighetsprestanda är oviktig.