クロスフロー
クロスフロー式のシリンダーヘッドはターンフロー式よりも高性能を発揮することが可能である。その理由は吸気と排気が一方通行となるため、吸排気の効率がよく、吸気バルブと排気バルブの両方が開いているバルブオーバーラップを大きく取ることで、排気ガスがシリンダーから排出される際の慣性を利用して、より大量の混合気を吸入することが可能となるためである。また、排気ガスで高熱となるエキゾーストマニホールドから離れた位置にインテークマニホールドを配置することができ、吸気ポートを通る混合気をより低温に保つことが可能ともなる。
ターンフロー式と比べて数少ない短所は、エキゾーストマニホールドとインテークマニホールドが別々の方向に配置されるために、エンジンルーム内のシリンダーヘッドが占める面積が大きくなりがちな事、吸排気マニホールドを一体製造できず、場合によっては吸気系統を予熱するための補機(ウォームエアインテークなど)が必要となるために、全体的な製造コストがターンフローよりも高くなりやすいことなどが挙げられるが、最大の短所は吸気と排気が一方通行となるゆえに燃焼室内に乱流(スワール)が発生しにくいことに帰結する。
クロスフローは吸排気の流れが高速な層流となりやすく、バルブオーバーラップ時の掃気の際の抵抗が少ない反面、シリンダーの隅などに排気ガスが残留しやすくなるために、燃焼効率が低下する恐れがある。これは排気ガスの濃度に直接的な悪影響を与えうる。また、乱流を利用した排気洗浄作用による吸気促進(体積効率改善)効果があまり期待できないため、全く同じ回転数で同じ量のバルブオーバーラップを取った場合、排気慣性を利用した吸気の絶対的な効率はターンフローに比べてやや劣ることにもなる。この欠点を補うためにはより大きなバルブオーバーラップと高速なエンジン回転数を必要とするが、このようなエンジンセッティングは結果として低回転域でのトルクが細くなりやすくなり、燃費やドライバビリティの低下を招くこととなる。
自動車排出ガス規制が強化されてきた1970年代から1980年代のクロスフローヘッドは、こうした欠点を補うべく吸排気がシリンダー内で螺旋を描くように吸排気ポートを配置したり(スワールポート)、高速な気流をシリンダー内に吹き込むための補助吸気バルブを装備したり(三菱・MCA-JET)、複数の吸気バルブを回転域に応じて可変動作させることで吸気速度を上昇させたり(T-VISなど)、カムプロフィールを直接可変させてバルブオーバーラップを切り換える(VTECなど)など、様々な機構上の対策が施された。