蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成。汽缸和底座是静止部分。

在蒸汽锅炉中，通过燃烧过程水沸腾为蒸汽。通过管道蒸汽被送到汽缸。阀门控制蒸汽到达汽缸的时间，经主汽阀和节流阀进入滑阀室，受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧，推动活塞运动。蒸汽在汽缸内推动活塞做功，冷却的蒸汽通过管道被引入冷凝器重新凝结为水。这个过程在蒸汽机运动时不断重复。

一般的蒸汽机有三个汽缸组成一个组。蒸汽机直接将活塞的上下运动转化为船轴的旋转运动。新造的蒸汽机中还包含了一个小的涡轮机，从汽缸中出来的蒸汽还可以利用它的余热在推动这个涡轮机来提高整个驱动装置的效率。这个涡轮机也与船的螺旋浆轴相连。

按蒸汽在活塞一侧或两侧工作，蒸汽机可分为单作用和作用式两种;

按汽缸布置方式，可分为立式和卧式;按蒸汽是在一个汽缸中膨胀或依次连续在多个汽缸中膨胀，可分为单胀式和多胀式;按蒸汽在汽缸中的流向，可分为回流式和单流式;

按排汽方式和排汽压力可分为凝汽式、大气式和背压式。

蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，而这又主要取决于蒸汽参数的提高。初期蒸汽机的蒸汽压力仅为0.11~0.13兆帕，19世纪初才达到0.35~0.7兆帕，20世纪20年代曾用到6~10兆帕。在蒸汽温度上，19世纪末还不超过250℃，而到20世纪30年代曾用到450~480℃。

至于效率，瓦特初期连续运转的蒸汽机，按燃料热值计总效率不超过3%;到1840年，最好的凝汽式蒸汽机总效率可达8%;到20世纪，蒸汽机最高效率可达到20%以上。

在转速方面，18世纪末瓦特蒸汽机仅40~50转/分;20世纪初转速达到100~300转/分，个别蒸汽机曾达到2500转/分。在功率方面，最初单机功率仅几马力，20世纪初的一台船用蒸汽机的功率可达25000马力。

随着蒸汽参数和功率的提高，蒸汽已不可能在一个汽缸中继续膨胀，还必须在相连接的汽缸中继续膨胀，于是出现了多级膨胀的蒸汽机。蒸汽机因受到润滑油闪点的限制，所用蒸汽的最高温度一般都不超过400℃，机车，船用等移动式蒸汽机还略低一些，多数不高于350℃。考虑到膨胀的可能性和结构的经济性，常用压力在2.5兆帕以下。蒸汽参数受到限制，从而也限制了蒸汽机功率的进一步提高。

蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展，但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高的要求，如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进，不断扩大它的使用范围和改善它的性能，但是随着汽轮机和内燃机的发展，蒸汽机因存在不可克服的弱点而逐渐衰落。

优点

现代蒸汽机的最大的优点是它几乎可以利用所有的燃料将热能转化为机械能。不像内燃机那样，它对其燃料不挑剔。此外没有蒸汽机的话原子能无法被使用。原子反应堆即不直接产生机械能，又不直接产生电能，原子反应堆实际上只是加热水，这个水被沸腾后的蒸汽通过蒸汽机来转化为有用的功。蒸汽不一定需要通过燃烧来产生，比如使用太阳能聚热器也可以产生蒸汽推动蒸汽机。

另一种有类似优点的小巧的外燃机是斯特林发动机。其缺点是它在许多情况下难以运行。尤其在高山上蒸汽机机车的优点显著，因为它们也可以在比较低的气压下运行。当南美洲将用柴油-电力机车取代它们的蒸汽机车后这一点就被发现了。在高山上他们不得不放弃使用功率比较高的柴油机车，取而代之的还是功率虽然不如柴油机车但不受海拔限制的蒸汽机车。

在瑞士和奥地利新的齿轨铁路使用现代的蒸汽机，这些蒸汽机只需要一个人来运行，比起过去的蒸汽机它节省60%的燃料，比起电力机和柴油机它轻50%，因此对齿轨的磨损小得多。在日内瓦湖上也有一艘新的蒸汽机船，它是世界上第一艘遥控的蒸汽机船。

缺点

蒸汽机的弱点是:离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大;新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高;它是一种往复式机器，惯性限制了转速的提高;工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

因此，抛弃了笨重锅炉的内燃机，最终以其重量轻，体积小、热效率高和操作灵活等优点，在船舶和机车上逐渐取代了蒸汽机。汽轮机则以其热效率高、单机功率大、转速高、单位功率重量轻和运行平稳等优点，将蒸汽机排挤出了电站。

接着电动机又以其使用方便，代替了蒸汽机在工业设备中的应用。然而小功率蒸汽机热效率比汽轮机高，所以在产煤区或只有劣质燃料的地区或某些特殊场合，蒸汽机仍有发挥作用的余地。