Jak postawisz silnik na jakiejś gorącej powierzchni (może to być szklanka z zagotowaną przed chwilą wodą lub chociażby na własnej dłoni) i odczekasz około pół minuty, to raz wprawione w odpowiednią stronę śmigiełko kręci się prawie bez końca.

Oczywiście, silnik ten działa wykorzystując różnicę temperatur. Dolna powierzchnia musi mieć inną temperaturę niż górna, w ten sposób jedna z powierzchni jest dostawcą ciepła, a druga odbiornikiem (chłodnicą). Wykorzystując dostarczane z zewnątrz ciepło, silnik Stirlinga zamienia część dostarczanej energii cieplnej na energię mechaniczną. Działa zupełnie dobrze postawiony na gorącej szklance jak i na kostce lodu - zmienia się tylko kierunek przepływu ciepła.

Ten zadziwiający swoją prostotą silnik został opracowany w 1816 roku przez szkockiego pastora Roberta Stirlinga. Miał być wtedy alternatywą dla istniejących silników parowych, które były często zawodne i wybuchowe. W odróżnieniu od innych silników, działa już przy niewielkiej różnicy temperatur.

Wewnętrz silnika znajdują się dwa cylindry z tłokami: duży tłok nie jest szczelnie dopasowany i umożliwia przepływ powietrza, a pracę wykonuje głównie mały tłok. Tłoki połączone są ze sobą tak, że ten duży wyprzedza o 1/4 obrotu mały w całym cyklu termodynamicznym. Całość jest wypełniona powietrzem i szczelnie zamknięta. Schemat takiego silnika Stirlinga przedstawiono na rysunku obok.

W wyniku ogrzewania powietrza (na tym rysunku - od dołu) wzrasta ciśnienie w komorze, co powoduje ruch mniejszego tłoka w górę, a poprzez system przekładni - ruch dużego tłoka w dół. W chwili, gdy duży tłok osiągnie najniższe położenie, większa część powietrza jest w kontakcie z górną, zimną ścianką, i powietrze się ochładza. Ciśnienie się obniża i mały tłok wędruje w dół (a duży w górę i cykl się powtarza).

W skrócie cały cykl termodynamiczny składa się z czterech procesów:

1. ogrzewanie,

2. rozprężanie,

3. chłodzenie,

4. sprężanie.

Zalety tych silników wykorzystuje się obecnie w niektórych okrętach podwodnych jako ciche źródło napędu, do odzyskiwania źródeł ciepła i energii elektrycznej, czasami w procesie skraplania powietrza, wodoru lub helu.