蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。原理是將水蒸氣中的動能轉換為功，由于其中的燃燒過程在熱機外部進行，屬于熱機中的外燃機。蒸汽機的主要功能是將熱能轉化為機械能，為機械提供動力。蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成。

蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命，在工業革命中起了基本的作用。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，后來才逐漸讓位于內燃機和汽輪機等。蒸汽機需要一個使水沸騰產生高壓蒸汽的鍋爐(在該演示實驗中使用空氣壓縮機替代高壓蒸汽鍋爐)，這個鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。早期的蒸汽機使用蒸汽凝結時產生的真空來做功，后來的則使用蒸汽膨脹來做功。

以下是蒸汽機的工作原理：

蒸汽推動活塞做往復運動，活塞通過連桿、搖桿、曲柄將往復直線運動轉變為圓周運動。蒸汽機中滑動閥門由偏心輪和連桿來控制。當活塞向右運動時偏心輪帶動連桿推動滑動閥向左運動，當活塞運動到最左端時滑動閥擋住左側進氣口，使蒸汽不能進入左側氣缸。當滑動閥向右運動同時滑塊下方連接排氣口，左側低溫氣體由滑動閥下腔進入排氣口排出。滑動閥運動到最左端后左側排氣口關閉，進氣口打開，高溫高壓蒸汽進入右側氣缸，推動活塞向右運動，同時滑動閥在偏心輪的帶動下向右運動，打開左側排氣道。當活塞運動到最左端時，右側進氣道關閉，左側排氣口打開……如此往復，蒸汽不斷推動活塞帶動輪轉動，蒸汽的內能轉變為飛輪的動能對外做功，用皮帶將機械與外邊的皮帶輪鏈接，就能利用蒸汽機實現工業生產。

蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展，但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。

蒸汽機的弱點是：

離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

蒸汽機的出現，推動了社會的發展，將人類帶入機械化時代，雖然現在已經被淘汰，但是蒸汽機上面的很多零件如氣缸、活塞、飛輪、閥門和密封件等構成了現代機械的基本組件，因此，蒸汽機的出現具有劃時代的意義。