Una máquina de vapor de pistón es un tipo de motor que incorpora un pistón cilíndrico que se mueve dentro de un cilindro cerrado. Como en todos los motores de pistón, la expansión del gas caliente se usa para mover el pistón y la fuerza de este movimiento se convierte, por medios mecánicos, para realizar algún tipo de trabajo. Sin embargo, a diferencia de los motores de combustión interna, una máquina de vapor de pistón depende del vapor generado fuera del cilindro, en una caldera, para mover el pistón dentro del cilindro.
El primer motor de este tipo fue inventado en 1690 por un inventor e ingeniero francés llamado Denis Papin. Su simple motor de vapor de pistón de un cilindro fue una prueba de diseño conceptual que demostró que tal máquina era posible. Funcionó pero no fue capaz de repetir su acción por sí solo y tuvo que desmontarse y reiniciarse después de cada ciclo. No tenía medios para transferir el trabajo generado por la acción del pistón, pero sí demostró que tal motor era posible.
Todos los motores de pistón utilizan bielas para conectar el pistón o los pistones a un cigüeñal. El cigüeñal convierte el movimiento en línea recta del pistón en movimiento giratorio, que se transfiere a un mecanismo de accionamiento, como las ruedas de una locomotora o la hélice de un barco. En la mayoría de los motores de combustión interna, el gas caliente formado por el encendido y la quema de combustible solo empuja un lado del pistón. En una máquina de vapor de pistón, el cilindro a menudo está diseñado con una válvula deslizante, lo que permite que el vapor funcione en ambos lados del pistón, alternando de un lado a otro.
Las piezas para motores de este tipo deben fabricarse con precisión para garantizar un funcionamiento eficiente. Los pistones y los cilindros deben encajar juntos con el mínimo espacio posible entre ellos. Los pistones de una máquina de vapor de pistón, como otros motores de pistón, a menudo están equipados con anillos que actúan como una junta de alta temperatura para garantizar un buen sellado entre el pistón y el cilindro, evitando fugas, lo que reduce la eficiencia.
Se han desarrollado muchos tipos diferentes de motores de vapor de pistón desde el primer diseño de Papin, pero todas las diversas mejoras y variaciones no han cambiado el principio básico de usar vapor para mover un pistón dentro de un cilindro para realizar el trabajo. Las máquinas de vapor de pistón se utilizaron en las primeras locomotoras ferroviarias, motores de barcos e incluso en algunos tipos de automóviles. Una serie de vehículos producidos por Stanley se conocía como «Stanley Steamers».