熱機按照燃料燃燒場所的不同分為外燃機和內燃機，外燃機是指燃料在發動機之外的鍋爐內燃燒的熱機，蒸汽機是外燃機的一種，它透過燃燒木材、煤炭和石油，把鍋爐內的水加熱，隨著熱能的增加，水轉化為蒸汽，蒸汽透過進氣閥進入發動機，在那裡蒸汽推動金屬活塞。這樣，活塞就在一個被稱為汽缸的筒內來回移動。內燃機是指燃料在發動機汽缸內燃燒的熱機。汽油機和柴油機都是內燃機。汽缸內活塞的上下運動，帶動曲軸運動，曲軸的運動又帶動了車輪的運動。內燃機和蒸汽機都不是某一個人發明的，它們的出現經歷了漫長的歷史發展，有很多科學家的貢獻在裡面，對蒸汽機影響較大的是瓦特，對內燃機影響較大的是德國的奧托（汽油機）和狄賽爾（柴油機）。

現代蒸汽機的最大的優點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉化為機械能。不象內燃機那樣它對其燃料不挑剔。此外沒有蒸汽機的話原子能無法被使用。原子反應堆即不直接產生機械能，又不直接產生電能，原子反應堆實際上只是加熱水，這個水被沸騰後的蒸汽透過蒸汽機來轉化為有用的功。蒸汽不一定需要透過燃燒來產生，比如使用太陽能聚熱器也可以產生蒸汽推動蒸汽機。

另一種有類似優點的小巧的外燃機是斯特林發動機。其缺點是它在許多情況下難以執行。現代的混合動力汽車就是為了彌補這個缺點而設計的。

尤其在高山上蒸汽機機車的優點顯著，因為它們也可以在比較低的氣壓下執行。當南美洲將用柴油-電力機車取代它們的蒸汽機車後這一點就被發現了。在高山上他們不得不放棄使用功率比較高的柴油機車，取而代之的還是功率雖然不如柴油機車但不受海拔限制的蒸汽機車。

在瑞士和奧地利新的齒軌鐵路使用現代的蒸汽機，這些蒸汽機只需要一個人來執行，比起過去的蒸汽機它節省60%的燃料，比起電力機和柴油機它輕50%，因此對齒軌的磨損小得多。在日內瓦湖上也有一艘新的蒸汽機船，它是世界上第一艘遙控的蒸汽機船。