Sebuah mesin pembakaran eksternal adalah mesin reciprocating yang pembakaran terjadi di luar silinder. Contoh awal adalah mesin uap, yang biasanya membakar batu bara di luar mesin untuk mengubah air menjadi uap. Mesin Stirling adalah mesin pembakaran luar yang menggunakan fluida kerja untuk menggerakkan piston di dalam silinder. Dalam mesin pembakaran internal, di sisi lain, bahan bakar dibakar di dalam silinder mesin. Meskipun mesin uap sebagian besar telah diganti, mesin Stirling memiliki banyak aplikasi potensial.
Sementara gas pembakaran tidak masuk ke silinder mesin pembakaran eksternal, mereka harus berada dalam kontak termal dengan mesin agar dapat berfungsi. Dalam mesin uap, panas dari pembakaran batubara ditransfer ke air melalui dinding boiler. Panas ini mengubah air menjadi uap, yang diarahkan ke silinder mesin. Pada saat yang tepat, uap mendorong piston yang memutar poros engkol. Dengan cara ini, mesin uap mengubah energi kimia yang tersimpan dalam batubara menjadi energi mekanik dari poros engkol yang berputar.
Mesin Stirling mirip dengan mesin uap, kecuali bahwa ia menggunakan gas yang terkandung secara permanen daripada uap sekali pakai untuk mendorong piston. Ia bekerja dengan menukar panas di lokasi yang berbeda dari silindernya. Panas melewati dinding silinder dan memanaskan gas yang bekerja, yang cenderung mendorong piston untuk menghasilkan tenaga. Ketika piston perlu kembali ke posisi semula, penukar panas memungkinkan gas yang berdekatan menjadi dingin.
Mesin pembakaran eksternal telah memiliki berbagai aplikasi selama dua abad terakhir. Tenaga uap digunakan secara luas di pabrik-pabrik serta di kapal dan kereta api selama Revolusi Industri, sebagian besar menggantikan roda air dan otot hewan sebagai sumber energi. Sementara mesin uap akhirnya diambil alih oleh mesin pembakaran internal, mereka tetap menjadi sumber daya utama hingga abad ke-20.
Mesin Stirling telah diterapkan dengan lebih fleksibel. Dengan mengubah energi rotasi menjadi listrik, ia dapat memanfaatkan sumber panas untuk gabungan panas dan pembangkit listrik. Ini juga dapat digunakan secara terbalik sebagai pompa panas—mengambil energi listrik dan membuang panas.
Karena mesin Stirling hanya mentransfer panas, bukan materi, ke dalam silindernya, mesin ini tidak memerlukan pembakaran untuk menjadi sumber panas. Bentuk panas non-pembakaran lainnya, seperti tenaga nuklir, dapat bekerja sama baiknya dengan jenis mesin ini. Bahkan, telah disarankan bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir masa depan dapat menggabungkan mesin pembakaran eksternal Stirling untuk menyederhanakan desain dan meningkatkan efisiensi.