シリンダー頭部の排気側と吸気側にそれぞれ独立した
カム軸を持つ構造となっている。吸気弁と排気弁が別々の
カムシャフトによって駆動されるため、カムシャフトの負荷が分散される。さらに
OHVとの比較において、
バルブを駆動するための機構、プッシュロッドおよびロッカーアームが不要になるため基本的に高回転化・高出力化が容易である、また一部のDOHCエンジンにバルブを開く量(バルブストロークまたはバルブリフト)を多くする為にロッカーアーム(スイングアーム)が使われているタイプや、DOHCと同じ直押し式を採用するSOHCエンジンもある。
バルブレイアウトは、吸気弁と排気弁が対向したレイアウトで吸排気効率の良い「
クロスフロー」形か、あるいは吸気弁と排気弁を対角に配置したレイアウトの「
カウンターフロー」形
[一部のディーゼルエンジンのみこのレイアウトを採用する。]かどちらかを選択可能であり、燃焼室形状の設計自由度が高いことなど、利点が多数あることから高性能エンジンの多くに採用されている。