Una máquina de vapor estacionaria utiliza la energía del vapor para impulsar otros instrumentos además de ellos mismos. Por lo general, se usaban para alimentar puentes, barreras, impulsar molinos y maquinaria de fábrica. Se utilizaron modelos posteriores para generar electricidad. Estos motores funcionan desde una posición fija y no se utilizan como medios de transporte, aunque algunos se han utilizado para impulsar las ruedas de los barcos de vapor.
Las máquinas de vapor básicas funcionan cuando se permite la entrada de vapor a alta presión en un cilindro. Este cilindro tiene un pistón que es empujado en una dirección por el vapor, expulsando el vapor de escape enfriado por un respiradero y creando movimiento a través del vástago del pistón. Este movimiento mueve las ruedas de un tren de vapor, empujando el motor hacia adelante. Dichos motores empujan el pistón hacia un lado y luego hacia el otro, alternando en qué extremo del cilindro entra el vapor.
La primera máquina de vapor estacionaria fue inventada por Thomas Savery y luego mejorada por su compañero inglés Thomas Newcomen y el escocés James Watt. En 1698, Savery inventó una máquina de vapor que bombearía agua de una mina de carbón de Cornualles. Su diseño básico se mejoró en los siglos XVIII y XIX, pero fue reemplazado por la electricidad y el motor de combustión en el XX.
En 1705, Newcomen inventó el primer motor de vigas. Esta máquina de vapor estacionaria empleaba una viga pivotante unida a un pistón-cilindro vertical debajo. Watt, entre otros, mejoró el motor agregando un compresor. El motor de viga se utilizó principalmente para bombear agua y hacer funcionar ruedas de molino. También se empleó en barcos de vapor.
Una variante de corta duración del motor inamovible fue el motor de mesa. Este motor era similar al motor de viga, pero se sentaba sobre una base de mesa y estaba conectado a un volante a través de una biela y una cruceta. James Sadler inventó el motor y lo usó en Portsmouth Block Mills. Comparado con otros motores, era lento y débil.
George Henry Corliss, un estadounidense, agregó válvulas rotativas a la idea básica de la máquina de vapor estacionaria para crear la máquina Corliss. Construido por primera vez en 1848, el Corliss permitió una sincronización variable en el funcionamiento de sus válvulas. Se utilizaba principalmente para la transmisión de ejes en las fábricas y la generación de electricidad mediante dínamos, ya que era muy eficiente en el consumo de combustible.
En 1828, James Perkins desarrolló el motor Uniflow que usaba un medio cilindro y permitía que el pistón se moviera en una sola dirección. Como el escape y el vapor de combustible siempre entraban en sus mismos extremos respectivos del cilindro, esto conducía a una mayor eficiencia térmica. El Uniflow se adaptó para varias máquinas de vapor, pero se utilizó principalmente para generar electricidad.
El inventor británico James Hornblower creó la primera máquina de vapor estacionaria compuesta en 1781. Razonó que si la energía y la acción se pueden generar a partir del vapor presurizado en un cilindro, entonces el mismo vapor se podría mover a otro cilindro para generar más energía. Hornblower construyó motores donde había al menos dos cilindros y cada pistón después del primero reaccionaba a una presión más baja.