Le vilebrequin, parfois appelé la manivelle, est la partie du moteur qui transforme le mouvement de haut en bas des pistons en rotation. Pour convertir ce mouvement, le vilebrequin possède un ou plusieurs arbres décalés. Les pistons sont reliés au vilebrequin par ces arbres. Lorsque le piston se déplace de haut en bas, il pousse l'arbre de décalage. Celui-ci fait à son tour tourner le vilebrequin.
Les pistons provoquent un effet de pulsation dans la rotation. Un vilebrequin est généralement relié à un volant d'inertie. Le volant d'inertie adoucit la rotation. Parfois, il y a un amortisseur de torsion ou de vibration à l'autre extrémité du vilebrequin. Cela permet de réduire les vibrations du vilebrequin.
Les gros moteurs ont généralement plusieurs cylindres. Cela permet de réduire les pulsations des différents coups de feu. Pour certains moteurs, il est nécessaire de prévoir des contrepoids. Le contrepoids est utilisé pour compenser le piston et améliorer l'équilibre. Bien que les contrepoids ajoutent beaucoup de poids au vilebrequin, ils assurent un fonctionnement plus souple du moteur. Cela permet d'atteindre des régimes plus élevés et de produire plus de puissance.
