單頂置凸輪軸的工作原理就是在汽缸蓋內(nèi)只設置一條凸輪軸，通過這條凸輪軸的轉(zhuǎn)動來控制氣門的開閉。

當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，凸輪軸不斷旋轉(zhuǎn)，直接或通過搖臂作用于氣門，讓氣門按照設計的時間和規(guī)律開啟和關(guān)閉。

在單頂置凸輪軸設計中，直列汽缸發(fā)動機只需一條安放在汽缸蓋上方的凸輪軸，V 形汽缸發(fā)動機則需要兩條，分別安放在一側(cè)汽缸組之上。

相比推桿式發(fā)動機，單頂置凸輪軸能減少往復運動部件及其總質(zhì)量，從而提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，在輸出扭矩相同的情況下提高功率輸出。而且，單頂置凸輪軸能夠直接控制氣門開閉，無需像推桿式發(fā)動機那樣通過挺桿、較長的推桿以及搖臂傳遞運動，使發(fā)動機結(jié)構(gòu)更加緊湊。

不過，單頂置凸輪軸也存在一些不足。由于進氣門和排氣門在進氣道中位置不同，氣門開閉時間的精確性會受到一定影響。

單頂置凸輪軸的傳動方式和一般的頂置凸輪軸類似，動力可以通過正時皮帶、鏈條甚至齒輪組傳遞到頂置的凸輪軸上。