Dans un moteur à tête plate ou à soupapes latérales, les pièces mécaniques de la commande des soupapes sont toutes contenues dans le bloc, et on peut utiliser une « culasse en cataplasme » qui est essentiellement une simple plaque métallique boulonnée au sommet du bloc.
Maintenir toutes les pièces mobiles à l’intérieur du bloc présente un avantage pour les moteurs physiquement grands en ce que l’engrenage d’entraînement de l’arbre à cames est petit et souffre donc moins des effets de la dilatation thermique dans le bloc-cylindres. Avec un entraînement par chaîne à un arbre à cames en tête, la longueur supplémentaire de chaîne nécessaire pour une conception de came en tête pourrait donner des problèmes d’usure et de slop dans la chaîne sans entretien fréquent.
Les premiers moteurs à soupapes latérales ont été utilisés à une époque de chimie simple du carburant, de faibles indices d’octane et ont donc nécessité de faibles taux de compression. Cela rendait la conception de leur chambre de combustion moins critique et il était moins nécessaire de concevoir soigneusement leurs orifices et leur flux d’air.
Une difficulté rencontrée à cette époque était que le faible taux de compression impliquait également un faible taux d’expansion pendant la course motrice. Les gaz d’échappement étaient donc toujours chauds, plus chauds qu’un moteur contemporain, et cela a conduit à des problèmes fréquents de soupapes d’échappement brûlées.
Une amélioration majeure du moteur à soupapes latérales a été l’avènement de la conception de la tête turbulente de Ricardo. Cela réduisait l’espace dans la chambre de combustion et les orifices, mais en réfléchissant soigneusement aux voies d’écoulement de l’air à l’intérieur de ceux-ci, cela permettait un écoulement plus efficace dans et hors de la chambre. Plus important encore, il utilise la turbulence à l’intérieur de la chambre pour bien mélanger le carburant et l’air. Ceci, en soi, permettait l’utilisation de taux de compression plus élevés et un fonctionnement plus efficace du moteur.
La limite des performances des soupapes latérales n’est pas le flux de gaz à travers les soupapes, mais plutôt la forme de la chambre de combustion. Avec des moteurs à haut régime et une compression élevée, la difficulté limitative devient celle d’obtenir une combustion complète et efficace, tout en évitant les problèmes de pré-détonation indésirable. La forme d’une chambre de combustion à soupapes latérales, inévitablement plus large que le cylindre pour atteindre les orifices des soupapes, ne permet pas d’obtenir à la fois une forme idéale pour la combustion et le petit volume (et la faible hauteur) nécessaire pour une compression élevée. Les moteurs modernes et efficaces tendent donc vers les conceptions à toit pentu ou hemi, où les soupapes sont rapprochées du centre de l’espace.
Lorsque la qualité du carburant est faible et que l’indice d’octane est mauvais, les taux de compression seront restreints. Dans ces cas, le moteur à soupapes latérales a encore beaucoup à offrir. En particulier dans le cas du moteur IOE développé pour un marché avec des carburants pauvres, les moteurs tels que la série B de Rolls-Royce ou le Land-Rover utilisent un arrangement compliqué de soupapes inclinées, une ligne de culasse à un angle par rapport à l’alésage et des pistons angulaires correspondants pour fournir une chambre de combustion compacte approchant l’idéal quasi hémisphérique. Ces moteurs sont restés en production jusque dans les années 1990, n’étant finalement remplacés que lorsque les carburants disponibles « sur le terrain » sont devenus plus susceptibles d’être du diesel que de l’essence.