Stirlingcykeln är en typ av regenerativ termodynamisk cykel som kan använda en fristående arbetsvätska och en intern värmeväxlande komponent för att antingen omvandla värme till mekanisk rörelse eller tvärtom. Det gör Stirling-cykeln användbar i motorer, värmepumpar, kylning och många andra applikationer. Ett antal olika motorkonstruktioner använder sig av Stirling-cykeln, varav de flesta innehåller antingen en eller två cylindrar. Oavsett den specifika designen går en motor som använder denna cykel igenom de fyra stegen av kompression, tillsats av värme, expansion och borttagning av värme.
Det finns ett antal olika externa förbränningsmotorer, som var och en använder en annan typ av termodynamisk cykel. Ångmaskiner fungerar enligt principerna för Rankine-cykeln, som använder en arbetsvätska, såsom vatten, i både flytande och gasformigt tillstånd. Ytterligare vätskor måste tillsättas då och då, vilket minskar effektiviteten hos dessa system. Stirling-cykeln, som ursprungligen uppfanns 1816 som en rival till Rankine-cykeln, använder sig av en arbetsvätska som är förseglad i systemet. I de flesta fall är arbetsvätskan som används i Stirlingmotorer luft.
Grundidén bakom Stirling-cykeln kretsar kring uppvärmning och efterföljande kylning av en enda volym arbetsvätska. Det orsakar termisk expansion och sammandragning av vätskan, som kan användas för att utföra mekaniskt arbete. I de flesta fall uppnås det genom att fästa kolvar på ett svänghjul. När vätskan i systemet expanderar och drar ihop sig, drivs kolvarna upp och ner, vilket får svänghjulet att svänga. Stirlingcykeln hänvisas till som en regenerativ cykel på grund av det faktum att vätskan är fristående, och samma volym vätska används i både kompressionskammaren och expansionskammaren.
Användningen av Stirling-cykeln är inte begränsad till motorer, eftersom processen också är reversibel. Det betyder att det är möjligt för en enhet som använder denna cykel att fungera som en värmepump om mekanisk ström tillförs. I detta fall används extern mekanisk kraft för att driva kolvarna, som pumpar arbetsvätskan mellan expansionskammaren och kompressionskammaren. Beroende på hur en enhet är inställd kan denna omkastning av cykeln användas i en värmepump, kylanordning eller någon annan applikation som kräver överföring av värmeenergi.