单顶置凸轮轴是一种在汽缸盖内只设置一条凸轮轴的设计。采用这一设计的直列汽缸发动机只需一条安放在汽缸盖上方的凸轮轴，而V形汽缸发动机则需要两条凸轮轴，分别安放在一侧汽缸组之上。

单顶置凸轮轴设计中，需要往复运动的部件及其总质量较同等条件下的推杆式发动机显著减少。因此单顶置凸轮轴能提高发动机转速，从而在输出扭矩相同的情况下提高发动机的功率输出。在这一设计中，凸轮轴能够直接或通过摇臂控制气门开闭，而不需像顶置气门的推杆式发动机一样，需要通过挺杆、较长的推杆以及摇臂将发动机组内凸轮轴上凸轮的运动传递到汽缸盖内的气门上。

相比于推杆式结构，单顶置凸轮轴设计能使发动机结构(主要是配气结构)更加紧凑。这一优势在同时采用多气门设计(即一个汽缸有两个以上的气门)时特别显著。不过有时为了适应发动机设计的特定要求，在使用单顶置凸轮轴设计的同时也需要采用一些附加部件。希尔曼顽童(Hillman Imp)的4缸8气门发动机便是采用气门间隙调节垫片及活塞阀进行调节的单顶置凸轮轴发动机的典型。希尔曼顽童是一款1960年代初设计制造的小型双门轿车。其后置合金发动机是由考文垂顶点(Coventry Climax)系列赛车发动机改进而来的。在这台发动机中，进气与排气气门被安放在发动机体的同一侧，因而无需采用交叉气流汽缸盖(crossflow cylinder head)的设计，同时有利于火星塞的工作。

不过单顶置凸轮轴也有其缺点。由于进气门和排气门在进气道中位置不同，气门开闭时间的精确性会受到一定影响。

在1980年代早期，丰田(Toyota)和大众汽车(Volkswagen)也曾在单顶置凸轮轴的每缸两气门发动机中使用过直接驱动、平行气门的结构以使体积进一步紧凑。丰田采用的是液压挺杆，而大众汽车采用的是桶状挺杆，同时还配备了气门间隙调节垫片以精确控制气门开闭时间。在单顶置凸轮轴发动机的所有气门排列形式中，这种设计可能是最为紧凑和简单的。