1816年苏格兰人罗伯特•斯特林发明了斯特林发动机，是一种用外部热源加热使活塞往复运动的外燃机，外部热源连续加热发动机的热缸，外部冷源连续冷却发动机的冷缸，适用于各种热源，下面通过一个原理模型来介绍它的工作原理。

图1是该原理模型的结构，模型有一个热气缸与一个冷气缸（气缸为剖面表示），热气缸上有吸热片帮助吸热，冷气缸上有散热片帮助散热，两个气缸通过回热器连通；在气缸内充有气体作为工质，工质不会向外泄漏。热活塞可在热气缸中往复移动，冷活塞可在冷气缸中往复移动，热气缸外有加热源对气缸内气体进行加热，冷气缸外有冷却源吸收气缸内气体的热量。

加热源由炉火表示，冷却源用风扇表示；回热器有较大的热容量与很好的导热性，比回热器温度高的气体通过回热器时，回热器吸收气体的热量；比回热器温度低的气体通过回热器时，气体吸收回热器的热量；对于该模型我们假设回热器空间容量很小（内部气体可忽略），假设气缸导热性能很好。

两个活塞通过一个机构相连接，按一定的规律移动。下面将演示模型是如何工作的，图2是运行第一阶段起始状态。

运行开始，机构推动冷活塞向左移动，热活塞不动，冷气缸中气体被压缩，向气缸外放出的热量由冷源吸收，气体温度不变。运行下一步进入第二阶段，图3是运行第二阶段起始状态。

机构继续推动冷活塞左移，在气体压力与机构控制下热活塞与冷活塞同步左移，冷气缸中的气体通过回热器进入热气缸，气体在通过回热器时温度升高气压升高。运行下一步进入第三阶段，图4是运行第三阶段起始状态。

机构控制冷活塞不动，高压气体膨胀推动热活塞向左移动，向外部做功，加热源使热气缸中气体在膨胀做功时温度不变，减缓气压下降，热活塞移动到热气缸端头。运行下一步进入第四阶段，图5是运行第四阶段起始状态。