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Un moteur multisoupape possède au moins trois soupapes par cylindre, souvent quatre. L'utilisation de quatre soupapes (indiquée par le sigle « 16S », ou « 16V » en anglais, pour un moteur 4-cylindres) se généralise en automobile.
Pour un moteur à quatre temps, l'architecture classique comprend deux soupapes par cylindre.
Sur les moteurs multisoupapes, les diamètres de soupape (plus précisément, les ratios entre les diamètres de référence de portée de soupape et les diamètres de piston) sont inférieurs ; la section de passage offerte au gaz au droit de la soupape est augmentée[1].
Le système VTEC, rencontré par exemple sur certaines motos Honda VFR, permet d'améliorer le couple à bas régime, le moteur passant de quatre à deux soupapes par cylindre en dessous d'un certain régime.
Par rapport à la configuration à deux soupapes par cylindre, la moindre inertie mécanique, résultant de l'allègement des pièces en mouvement — quatre soupapes plus petites, donc plus légères que deux grosses — autorise des régimes moteur plus élevés (voir Affolement de soupapes) et les lumières de passage des gaz sont de surface plus importantes, permettant une meilleure « respiration ». Le rendement et la puissance moteur sont améliorés.
Mais le caractère moteur est plus faible, souvent qualifié de « linéaire ».
