Ein Verbrennungsmotor ist ein Hubkolbenmotor, bei dem die Verbrennung außerhalb der Zylinder stattfindet. Ein frühes Beispiel ist die Dampfmaschine, die typischerweise Kohle außerhalb der Maschine verbrannte, um Wasser in Dampf umzuwandeln. Der Stirlingmotor ist ein externer Verbrennungsmotor, der ein Arbeitsfluid verwendet, um Kolben in Zylindern zu bewegen. Bei einem Verbrennungsmotor wird andererseits ein Kraftstoff in den Motorzylindern verbrannt. Obwohl Dampfmaschinen weitgehend ersetzt wurden, haben Stirling-Motoren viele potenzielle Anwendungen.
Verbrennungsgase gelangen zwar nicht in die Zylinder eines Verbrennungsmotors, sie müssen jedoch in thermischem Kontakt mit dem Motor stehen, damit dieser funktioniert. In einer Dampfmaschine wird die Wärme beim Verbrennen von Kohle durch die Wände eines Kessels auf Wasser übertragen. Diese Hitze verwandelt Wasser in Dampf, der in die Zylinder des Motors geleitet wird. Zum richtigen Zeitpunkt drückt der Dampf auf einen Kolben, der eine Kurbelwelle dreht. So wandelt eine Dampfmaschine die in der Kohle gespeicherte chemische Energie in die mechanische Energie einer rotierenden Kurbelwelle um.
Die Stirling-Maschine ähnelt der Dampfmaschine, verwendet jedoch ein permanent enthaltenes Gas anstelle von Einwegdampf, um die Kolben zu drücken. Es funktioniert durch den Austausch von Wärme an verschiedenen Stellen seiner Zylinder. Wärme durchdringt eine Zylinderwand und erhitzt das Arbeitsgas, das dazu neigt, den Kolben zu drücken, um Leistung zu erzeugen. Wenn ein Kolben in seine Ausgangsposition zurückbewegt werden muss, lässt ein Wärmetauscher das angrenzende Gas abkühlen.
Der Verbrennungsmotor hat in den letzten zwei Jahrhunderten eine Vielzahl von Anwendungen gefunden. Dampfkraft wurde während der industriellen Revolution in Fabriken sowie auf Schiffen und Zügen umfassend eingesetzt und ersetzte weitgehend Wasserräder und Tiermuskeln als Energiequellen. Während Dampfmaschinen schließlich von Verbrennungsmotoren überholt wurden, blieben sie bis ins 20. Jahrhundert die Hauptantriebsquelle.
Der Stirling-Motor wurde noch flexibler eingesetzt. Durch die Umwandlung von Rotationsenergie in Strom kann eine Wärmequelle für die Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden. Es kann auch umgekehrt als Wärmepumpe verwendet werden – elektrische Energie aufnehmen und Wärme abpumpen.
Da der Stirlingmotor nur Wärme und keine Materie in seine Zylinder überträgt, benötigt er keine Verbrennung als Wärmequelle. Andere nicht verbrennende Wärmeformen, wie zum Beispiel Kernkraft, könnten mit dieser Art von Motor genauso gut funktionieren. Tatsächlich wurde vorgeschlagen, dass zukünftige Kernkraftwerke den externen Stirling-Verbrennungsmotor einbauen könnten, um die Konstruktion zu vereinfachen und die Effizienz zu erhöhen.