Stirlingov ciklus je vrsta regenerativnog termodinamičkog ciklusa koji je sposoban koristiti samostalni radni fluid i unutarnju komponentu za izmjenu topline, za pretvaranje topline u mehaničko kretanje ili obrnuto. To čini Stirlingov ciklus korisnim u motorima, toplinskim pumpama, hlađenju i brojnim drugim aplikacijama. Brojni različiti dizajni motora koriste Stirlingov ciklus, od kojih većina sadrži jedan ili dva cilindra. Bez obzira na specifičan dizajn, motor koji koristi ovaj ciklus prolazi kroz četiri koraka kompresije, dodavanja topline, ekspanzije i odvođenja topline.
Postoji niz različitih motora s vanjskim izgaranjem, od kojih svaki koristi različitu vrstu termodinamičkog ciklusa. Parni strojevi rade prema principima Rankineovog ciklusa, koji koristi radnu tekućinu, kao što je voda, u tekućem i plinovitom stanju. Povremeno se moraju dodavati dodatne tekućine, smanjujući učinkovitost ovih sustava. Stirlingov ciklus, koji je izvorno izumljen 1816. godine kao rival Rankineovom ciklusu, koristi radnu tekućinu koja je zatvorena unutar sustava. U većini slučajeva radna tekućina koja se koristi u Stirlingovim motorima je zrak.
Osnovna ideja iza Stirlingovog ciklusa vrti se oko zagrijavanja i naknadnog hlađenja jednog volumena radnog fluida. To uzrokuje toplinsko širenje i kontrakciju tekućine, koja se može koristiti za obavljanje mehaničkog rada. U većini slučajeva to se postiže pričvršćivanjem klipova na zamašnjak. Kako se tekućina unutar sustava širi i skuplja, klipovi se pokreću gore-dolje, što uzrokuje okretanje zamašnjaka. Stirlingov ciklus se naziva regenerativnim ciklusom zbog činjenice da je tekućina samostalna, a isti volumen tekućine koristi se iu kompresijskoj i ekspanzijskoj komori.
Upotreba Stirlingovog ciklusa nije ograničena na motore, budući da je proces također reverzibilan. To znači da je moguće da uređaj koji koristi ovaj ciklus djeluje kao toplinska pumpa ako se dovede mehanička energija. U tom slučaju se vanjska mehanička snaga koristi za pogon klipova, koji pumpaju radni fluid između ekspanzijske komore i kompresijske komore. Ovisno o načinu na koji je uređaj postavljen, ovaj preokret ciklusa može se koristiti u toplinskoj pumpi, rashladnom uređaju ili bilo kojoj drugoj primjeni koja zahtijeva prijenos toplinske energije.