热机是将热能转换为机械能的机器。英国物理学家、热力学家罗巴特·斯特林于1816年发明空气热机。以空气作为介质，命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机，因为实际的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力，是一种外燃发动机。斯特林对于热力学的发展有很大贡献。

蒸汽机发明的初期，效率很低，只有4%。法国青年工程师卡诺不像别人那样着眼于机械细节的改良，而是从理论上对理想热机的工作原理去研究，提出了一种理想的由两个等温及两个绝热过程构成的循环，称为卡诺循环，并在1824年提出了卡诺定理，为后来热力学第二定律的建立奠定了基础，为提高热机的效率指明了方向，为热力学的发展做出了杰出的贡献。

尽管现在内燃机、燃气轮机等新型热机得到很大发展，但空气热机结构简单，便于理解热机原理与卡诺循环等热力学重要内容，是一个很好的热力学实验项目。