In Verbrennungsmotoren werden Nockenwellen verwendet, um die Ein- und Auslassventile zu öffnen. In älteren Einspritzpumpen dienen Nockenwellen auch zur Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Saugrohren oder Zylindern. Auf der drehenden Nockenwelle gibt es für jedes Ventil einen exzentrischen Nocken, der das Ventil in die geöffnete Stellung drückt. Wenn der Nocken weiter gedreht ist, schließt sich das Ventil durch die Ventilfeder. Bei Viertakt-Motoren dreht sich die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle, von der sie meist mittels Kettentrieb und Steuerkette oder mittels Zahnriemen, seltener durch eine sogenannte Königswelle oder einen Zahnrädersatz angetrieben wird. Da die Nockenwelle sich mit halber Geschwindigkeit gegenüber der Kurbelwelle dreht, ist das Verhältnis der Steuerräder 2:1.