Der Stirlingmotor ist vom Konzept her älter als Kraftmaschinen mit interner Verbrennung. Er wurde jedoch durch deren Erfolg als Fahrzeugantrieb in ein Nischendasein getrieben, da er für schnelle Lastwechsel ungeeignet ist. Als Maschine für den Einsatz als Heizkraftblock zur Energieversorgung von Gebäuden erlebt er eine Renaissance, weil aufgrund der äußeren Verbrennung mit kontinuierlicher Flamme gearbeitet werden kann.

Der Stirling-Motor ist wie der Dampfturbinenprozess eine Wärmekraftmaschine mit externer Verbrennung, in der eine konstante Gasmenge (z. B. Luft, Wasserstoff, Helium) in einem geschlossenen Raum erwärmt, und komprimiert und expandiert wird. Diese Volumenänderungsarbeit wird auf einen Arbeitskolben übertragen und in mechanische Arbeit umgesetzt. Das Gas wird danach abgekühlt und wieder komprimiert. So entsteht ein Kreisprozess.

Geschlossene Arbeitsräume und Wärmezufuhr von außen sorgen beim Stirlingmotor für die Unabhängigkeit von der Art des Brennstoffes bzw. von der externen Wärmequelle: Öl, Gas, Biogas oder konzentrierte Sonnenstrahlung können so zum Einsatz gebracht werden. Dadurch eröffnen sich die Möglichkeiten, durch Auswahl geeigneter  Verbrennungstechniken eine schadstoffärmere Verbrennung zu erreichen. Der Stirlingmotor weist zudem eine lange wartungsfreie Laufzeit auf. Schadstoffemissionen (insbesondere NO_x) können bis zu 10mal niedriger liegen als bei Gas-Otto-Motoren mit Katalysator. Die CO₂-Einsparung der Stirlingmotoren ist abhängig vom Brennstoffeinsatz.

Zwar erzielen Stirlingmotoren einen potentiell hohen Gesamtwirkungsgrad (über 85%), sind wegen den oft niedrigeren elektrischen Wirkungsgraden (min. 10-12 Prozent bei den kleinsten Anlagen, maximal 26 Prozent bei Anlagen von 9,5 kW_el) aber den Mikro-BHKW mit Verbrennungsmotoren im Durchschnitt in der Effektivität unterlegen. Stirling-Motoren sind dagegen leiser bzw. vibrationsärmer und haben ein gleichmäßigeres Drehmoment als Verbrennungsmotoren. Mit den hohen Temperaturdifferenzen und -drücken (100 bis 190 bar) auf engstem Raum sind Material- und Dichtungsprobleme verbunden.

Weltweit versuchen seit kurzem Firmen Stirling-Motoren als BHKW-Anlagen auf dem Markt einzuführen. Der Leistungsbereich der entwickelten Motoren reicht von 1 kW_el bis 40 kW_el. Diese Stirling- BHKW werden derzeit in verschiedenen Tests in geringen Stückzahlen erprobt. Dabei werden auch verschiedene Brennstoffe in Kombination mit den Stirling-BHKW getestet, wie z. B. Erdgas, Grubengas, Biogas und Holz. Erste Kleinserien könnten in den nächsten Jahren auf den Markt kommen.