Como queda implícito en el nombre del motor, sus cilindros están dispuestos en posición horizontal contrapuesta y tienen un desplazamiento de 320 pulgadas cúbicas (5,24 litros).

La LIO-320 es una serie de dos modelos idénticos al modelo IO-320, pero con rotación opuesta a del cigüeñal para su uso en aviones bimotores para eliminar el Factor P, o tendencia del avión a ladearse al lado opuesto de rotación de la hélice (efecto especialmente notorio al despegue).

El O-320 tiene la misma carrera de pistón (98 mm) que sus hermanos pequeños, pero produce más potencia que estos al contar con un diámetro de cilindros aumentado a 130 mm.

Los modelos en los que es posible controlar el paso de la hélice usan un cigüeñal distinto a los motores que cuentan con hélice de paso fijo.

Los rodamientos principales, bielas, rodamientos del cigüelal, taqués y empujadores de levas son lubricados a presión alta, mientras que los pasadores de pistón, paredes de cilindro y engranajes son lubricados por aspersión.