گرچه موتورهای استرلینگ به تولید انبوه نرسیدند اما در مواردی که به قدرت زیاد احتیاج باشد از آنها می کنند. موتورهای استرلینگ از سیکل استرلینگ استفاده می کند که مشابه سیکل های استفاده شده در موتورهای احتراق داخلی نیست. قاعده اصلی کار موتور استرلینگ این است که مقداری گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سری رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود .
چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که برای عملکرد موتورهای استرلینگ مهم است :
• اگر مقداری گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشیم و به آن گاز حرارت بدهیم , فشار گاز به دلیل افزایش دمای آن افزایش خواهد یافت .
• اگر مقداری گاز محبوس داشته باشیم و آن را فشرده کنیم (حجم آن را در فضا کاهش دهیم ) ، دمای آن گاز به علت افزایش فشار افزایش خواهد یافت .
موتور ساده شده استرلینگ فرضی از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ی یک منبع خارجی گرما، گرم می شود و دیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، خنک می شود. محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، و پیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ی یک رابط (معمولا یک فلای ویل) که چگونگی حرکت آنها را معین می کند به یکدیگر متصلند .
سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :