Eine Nockenwelle ist ein Maschinenelement, mit dem eine Drehbewegung wiederholt in eine kurze Längsbewegung umgewandelt wird.

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 4-Takt-Motoren dreht sich die Nockenwelle mit der halben Kurbelwellendrehzahl.

Zwischen Nocken und Ventil können sich weitere Maschinenelemente befinden, z.B. Stoßstangen bei untenliegenden Nockenwellen; Kipphebel, Schlepphebel oder Schwinghebel zur Kraftumleitung und Stößel zur Kraftübertragung in verschiedenen Bauformen.

Alle diese oszillierenden (hin und her bewegten) Bauelemente müssen bewegt werden, kosten Leistung und erhöhen die Massenkräfte. Wenn man die Nockenwelle direkt über den Ventilen einbaut (obenliegende Nockenwelle) und für jede Ventilreihe eine eigene Nockenwelle verwendet (doppelt obenliegende Nockenwelle), kann die Anzahl der oszillierenden Bauteile reduziert werden, die Massenkräfte werden geringer und eine höhere Drehzahl ist möglich.