斯特林发动机的主要原理是，首先在发动机内封入一定量的气体，然后斯特林循环的一系列活动会改变发动机内部的气压，从而导致其做功。有几种气体的特性对斯特林发动机的运转非常重要：如果向一定空间中注入一定量的气体，当气体的温度升高时，压力就会增加。如果压缩一定数量的气体（减少所占用空间的体积），气体的温度就会升高。让我们以简化的斯特林发动机为例，详细了解一下斯特林循环的各个部分。这种简化发动机采用两个气缸。一个由外热源（如火）进行加热，另一个由外部冷却源（如冰）进行制冷。两个气缸的气腔相通，并通过连杆让两个活塞相连，其中连杆决定了活塞的相对运动。斯特林循环由四部分组成。上面动画中的两个活塞完成了整个循环：对加热式气缸（左边）内的气体进行加热，导致压力上升。这会强制活塞往下运动。斯特林循环中的这个过程是做功过程。当右边的活塞向下运动时，左边的活塞就会向上运动。这会将热气推入冷却式气缸中，然后将气体快速冷却到冷却源的温度，从而降低压力。这有助于在循环的下一个环节压缩气体。冷却式气缸中的活塞（右边）开始压缩气体。此压缩过程产生的热量会通过冷却源散发掉。右边的活塞向上运动，而左边的活塞向下运动。这样就能强制气体进入加热式气缸，然后气体会快速升温，从而将压力提升至可重复循环的点。斯特林发动机在循环的第一部分只产生动力。增加斯特林循环的动力输出主要有两种方式：增加第一阶段的动力输出：在循环的第一阶段，推动活塞的加热气体的气压开始做功。如果提高循环中这个阶段的压力，就可增加发动机的动力输出。一种升高压力的方法是提高气体的温度。本文稍后会介绍双活塞式斯特林发动机，我们将了解蓄热器是如何通过临时储存热量来增加发动机的动力输出的。减少第三阶段的动力消耗：循环的第三阶段依靠第一阶段产生的动力使活塞对气体做功。如果降低这个阶段的压力，就可降低内部功率消耗，从而有效增加发动机的动力输出。减少压力的一种方式是将气体冷却到较低温度。