這種活塞式熱氣發動機是倫敦的牧師羅巴特 斯特林（Robert Stirling）於1816年發明的，所以命名為“斯特林發動機”（Stirling engine）。斯特林發動機是獨特的熱機，因為他們理論上的效率幾乎等於理論最大效率，稱為卡諾循環效率。斯特靈發動機是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力的。這是一種外燃發動機，使燃料連續地燃燒，蒸發的膨脹氫氣（或氦）作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反覆地進行這樣的循環過程。
雙缸活塞式熱氣發動機由兩個帶活塞的氣缸、一個加熱器、一個冷卻器和一個回熱器組成，如圖6-8所示。兩個活塞連在同一軸上，通過特殊的曲軸機構使它們的移動規律符合一定的要求。氣缸內充有一定的工質（例如氫氣、氦氣、氮氣等）由於兩個活塞的相互移動，使工質在熱氣室和冷氣室之間來回流動。循環由下列四個程組成：
1.定溫壓縮過程。如圖6-8(a)所示，活塞A處於上止點位置不動，活塞B由下止點開始上行，壓縮冷氣室里的低溫工質，冷卻器起低溫熱源作用，吸收工質放出的熱量，維持工質溫度 不變，如圖6-9中的過程1-2。
2. 定容吸熱過程。如圖6-8(b)所示，活塞B和活塞A以同樣的速度分別上升和下降。實現定容情況下將冷氣室中的工質推入熱氣室。低溫工質流經回熱器時吸熱，使壓力由升至，溫度由 升至 ， 如圖6-9中的過程2-3。
3. 定溫膨脹過程。如圖6-8(c)所示，活塞B處於上止點位置不動，活塞A繼續下行至下死點，其間工質通過起高溫熱源作用的加熱器，吸收熱量，維持工質溫度 不變 。如圖6-9中的過程3-4。
4.定容放熱過程，活塞B和活塞A以同樣的速度下行和上行整個衝程，各自達 到下止點和上止點，在定容情況下將工質從熱氣室推回冷氣室。經過回熱器時，工質放出熱量給回熱器。使溫度由 降為。如圖6-9中過程4-1。這樣工質回復到初始狀態完成一次閉合循環。
