斯特林发动机模型的原理是利用温差带来的能量变换。热胀冷缩，再及时将已经加热的地方快速散热。该循环由两个等温过程和两个定容回热过程组成，属于概括性卡诺循环的一种。实现斯特林循环的关键在于实现回热。

斯特林构想的热机由两个气缸-活塞夹一个蓄热式回热器组成。制约斯特林循环实际应用的因素有：高低温热源的等温吸热和等温放热难以实现、回热器回热难以实现、蓄热式回热器内部工质气体残留、蓄热式回热器阻力损失、活塞行程控制。