Любой процесс, при котором сгорание происходит раньше, чем это соответствует максимальному крутящему моменту, будет сопровождаться большим отводом тепла из-за совершаемой при этом отрицательной работы. Большой отвод тепла приводит к перегреву деталей двигателя, что еще более увеличивает опережение сгорания, и так вплоть до оплавления некоторых деталей. Двигатели малой теплоемкости, такие как авиационные поршневые двигатели, могут полностью выходить из строя в течение нескольких даже не минут, а секунд. Детонационное сгорание в таких двигателях сопровождается гораздо меньшим повышением температуры, что подтверждается отсутствием следов теплового воздействия на металл при повреждениях деталей двигателя в результате детонационного сгорания, которые наблюдаются при повреждениях в результате преждевременного калильного зажигания.

Местами, где происходит преждевременное калильное зажигание, являются наименее эффективно охлаждаемые детали и места: свечи зажигания, выпускные клапаны, неровности металлических поверхностей (кромки полостей в головках цилиндров или камер сгорания в головке поршня), дополнительный эффект на повышение теплового состояния этих участков поверхностей оказывает изолирующее действие нагара. В малолитражных двигателях европейских автомобилей часто причиной преждевременного калильного зажигания являются головки выпускных клапанов, особенно при отложениях на них масляного нагара со следами присадок, содержащих соединения кальция и бария. Наилучшими средствами предотвращения преждевременного калильного зажигания по этой причине являются более интенсивное охлаждение выпускных клапанов и недопущение излишнего расхода масла. Расположение выпускного клапана в промежуточном положении между искрой зажигания и зоной последней части заряда позволяет избежать как совпадения места достижения максимальной температуры пламенем с местоположением свечи зажигания, так и влияния раскаленной головки клапана на последнюю часть заряда.

Минимизировать возможность преждевременного калильного зажигания в двигателях можно такими конструктивными мерами, как правильный выбор тепловой характеристики свечи зажигания, скругление острых кромок металлических поверхностей, удаление выступов и шероховатостей и интенсивное охлаждение выпускных клапанов, клапанных седел и направляющих клапанов, очень эффективно натриевое охлаждение клапанов.

Исследование преждевременного калильного зажигания в многоцилиндровом двигателе сдерживается большими трудностями воспроизведения тепловых условий его работы в одном цилиндре. В многоцилиндровом двигателе цилиндр, в котором происходит преждевременное калильное зажигание, может быть принудительно доведен до разрушения в результате работы других цилиндров (в которых процесс сгорания происходит нормально), в то время как одноцилиндровый двигатель в подобной ситуации может просто заглохнуть. В некоторых случаях количество цилиндров ограничивается условиями предварительного калильного зажигания и детонационного сгорания.