Uma máquina a vapor de pistão é um tipo de motor que incorpora um pistão cilíndrico que se move dentro de um cilindro fechado. Como em todos os motores a pistão, a expansão do gás quente é utilizada para mover o pistão e a força desse movimento é convertida, por meios mecânicos, para realizar algum tipo de trabalho. Ao contrário dos motores de combustão interna, no entanto, um motor a vapor de pistão depende do vapor gerado fora do cilindro, em uma caldeira, para mover o pistão dentro do cilindro.
O primeiro motor desse tipo foi inventado em 1690 por um inventor e engenheiro francês chamado Denis Papin. Sua simples máquina a vapor a pistão de um cilindro foi uma prova de projeto de conceito que mostrou que tal máquina era possível. Funcionava, mas não era capaz de repetir sua ação por conta própria e precisava ser desmontado e reiniciado após cada ciclo. Não tinha como transferir o trabalho gerado pela ação do pistão, mas provou que tal motor era possível.
Todos os motores a pistão utilizam bielas para conectar o pistão ou pistões a um virabrequim. O virabrequim converte o movimento em linha reta do pistão em movimento rotacional, que é transferido para um mecanismo de acionamento, como as rodas de uma locomotiva ou a hélice de um navio. Na maioria dos motores de combustão interna, o gás quente formado pela ignição e queima do combustível empurra apenas um lado do pistão. Em uma máquina a vapor de pistão, o cilindro geralmente é projetado com uma válvula deslizante, permitindo que o vapor trabalhe em ambos os lados do pistão, alternando de um lado para o outro.
As peças para motores deste tipo devem ser fabricadas com precisão para garantir uma operação eficiente. Os pistões e cilindros devem encaixar-se com o mínimo espaço possível entre eles. Os pistões de uma máquina a vapor de pistão, como outros motores a pistão, geralmente são equipados com anéis que atuam como uma junta de alta temperatura para garantir uma boa vedação entre o pistão e o cilindro, evitando vazamentos, o que reduz a eficiência.
Muitos tipos diferentes de máquina a vapor de pistão foram desenvolvidos desde o primeiro projeto de Papin, mas todas as várias melhorias e variações não mudaram o princípio básico de usar o vapor para mover um pistão dentro de um cilindro para realizar o trabalho. Os motores a vapor de pistão foram usados nas primeiras locomotivas ferroviárias, motores de navios e até mesmo em alguns tipos iniciais de automóveis. Uma série de veículos produzidos por Stanley eram conhecidos como “vapores Stanley.