Принцип работы теплового двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. 5 Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. 5

Рабочий цикл протекает в четыре этапа: 2

1. Первый этап. Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного цилиндра. 3 Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх. 3
2. Второй этап. Маховое колесо за счёт центробежной силы толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру. 3
3. Третий этап. Воздух остывает и сжимается, рабочий поршень опускается вниз. 3
4. Четвёртый этап. Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть, после чего цикл возобновляется. 2