将自然界中的能量转换为机械能而作功的机械装置。
早在公元1世纪，亚历山大的希罗已论述了用水力、风力和热空气推动的机械。后来人们开始在生活和生产活动中运用利用风能和水能的风帆、风车、水车、水磨等。18世纪末蒸汽机问世，进一步开拓了化学能的利用，大大地提高了劳动生产率，导致了工业革命。19世纪末，内燃机的发明和应用为汽车、机车、船舶提供了动力，并导致飞机的发明，使人类交通运输业的面貌发生了巨大的变革，更促进了机械制造业的巨大发展。19世纪末至20世纪初，随着汽轮机、燃气轮机、喷气式发动机、火箭发动机的发明，交通工具的速度大大提高，人们的交往更加方便，人类活动的领域更加开阔，航天事业得以开拓，从而进一步带动和促进了其他科学和工业部门的发展。
动力机械深刻地影响着人类生产力的发展，但是，动力机械的噪声、特别是热力发动机的排放物又给人类造成了日益严重的公害。
动力机械按其将自然界中不同能量转变为机械能的方式可以分为风力机械、水力机械和热力发动机3大类。
第一，风力机械。有风帆、风车（风力机）、风磨等。20世纪出现直接应用风力的发电装置，但受到自然风区分布的限制。一般认为风速应大于4米／秒才有利用价值。据估计，地球上蕴有风能约达10吉瓦，已经利用的不及百分之一，故风能大有开发的前景。
第二，水力机械。有水车、水磨、水轮机等。20世纪以来，利用水轮机发电的水电站日益增多，因为水电站具有运行费用低、无污染、取用不竭等优点。但是兴建水库、水坝，初始投资较大、建设时间较长，而且对生态平衡、地质力态平衡也有影响。中国水能蕴藏量约为680兆瓦，居世界之首，很有开发和利用的余地。
第三，热力发动机。热力发动机包括蒸汽机、汽轮机、内燃机（汽油机、柴油机、煤气机等）、热气机、燃气轮机、喷气式发动机等。在工业、农业、交通、采矿、兵工等部门，内燃机的应用最为广泛。船舶、机车、汽车、拖拉机、物料搬运机械、土方机械、坦克、排灌机械、摩托车、电影放映机、航空模型、小型发电装置无不以内燃机为动力。
（1）汽油机：以汽油为燃料，采用电点火，转速一般在3000～6000转／分，甚至高达每分万转。功率由几百瓦至几百千瓦。在农林方面广泛用作采茶机、割草机、机锄、喷药机、割灌机、机锯等的动力；在交通方面用作摩托车、汽车、小艇的动力。此外，用于通信和电影放映机的小型发电机组，采矿用凿岩机、建筑用打夯机等，无不以小型汽油机作动力。早期的飞机曾以大型汽油机为动力，后已基本上为涡轮机，特别是喷气式发动机所取代。汽油机的排放物对人类环境的污染毒害十分严重。
（2）柴油机：以柴油为燃料，利用压缩热自燃，转速一般在百余转至五六千转每分，功率由几千瓦至数万千瓦。广泛用作汽车、拖拉机、坦克、船舶、军舰、机车、发电机组、物料搬运机械、土方机械等的动力。20世纪60年代以来，由于世界性的石油危机，以及柴油机具有较高的热效率，柴油机的应用范围也日益扩大。一些过去采用汽油机的领域，如小轿车、轻型卡车等采用柴油机作动力的日渐增多。
（3）煤气机：以煤气、天然气和其他可燃气体为燃料，有采用电点火的，也有采用喷入少量柴油压燃引火的。由于气体燃料来源的限制，加上煤气机本身体积大、携带困难等原因，它的应用远不及汽油机、柴油机广泛。煤气机大多应用于固定式动力装置，但也有将气体燃料装囊，或液化装瓶以用于运输车辆的，但因使用不便，未能推广。
（4）蒸汽机：把蒸汽中的热能转化为机械能的热力装置。由于效率过低，除在少数国家仍用于机车外，已基本被淘汰。
（5）汽轮机：广泛用于大型发电机组和大型船舶的动力装置。
（6）热气机：或称斯特林发动机。以空气、氢和氦等作为工质、按回热闭式热力循环进行周期性的压缩和膨胀而作功的热力发动机。热气机是外燃机，可以采用多种燃料，同时还具有噪声低、振动小和排污较少等优点。主要缺点是散热器大、密封困难和成本较高。仍处于研制阶段，尚未推广应用。
（7）燃气轮机：以燃料燃烧产生的燃气直接推动涡轮作功的装置。转速可高达数万转每分，效率也较高。燃气轮机分为开式循环和闭式循环两种，多用作发电机组、船舶、机车和飞机的动力。
（8）喷气式发动机：利用燃料燃烧气体排出过程中所产生的反作用力作功的热力发动机，主要用于航空和航天方面。喷气式发动机可以分为两大类，即空气喷气式发动机和火箭喷气式发动机。从外界吸入空气作为工质、以空气中所含的氧作为氧化剂的喷气式发动机称为空气喷气式发动机。它又可分为无压气机空气喷气式发动机和有压气机空气喷气式发动机两种。现代航空上采用最广的燃气轮喷气式发动机就属于后一种。燃料和氧化剂都由发动机或飞行器本身随带的喷气式发动机称为火箭喷气式发动机，或简称火箭发动机。按其所用燃料分固体燃料火箭发动机和液体燃料火箭发动机两种，它们主要用作兵器和航天飞机的动力。
一、内燃机
燃料在机器内部燃烧，使放出的热能直接转换为动力的热力发动机，是一种动力机械。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车均以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机都由内燃机来推进。内燃机车约占各类机车的2/3。拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等也都是用内燃机作为动力。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。
活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。
1.煤气机问世
人们提出过各种各样的内燃机方案，但在19世纪中叶以前均未付诸实用。直到1860年，法国勒努瓦模仿蒸汽机的结构设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4％左右。英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩。随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。1876年，德国发明家N.A.奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转／分，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。压缩比最初为2.66，热效率达到14％。奥托内燃机获得推广，性能也在不断提高。1880年单机功率达到11～15千瓦，到1893年又提高到150千瓦。由于压缩比的提高，热效率也随之增高，1886年热效率为15.5％，1897年已高达20％～26％。1881年，英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机，并在巴黎博览会上展出。
2.汽油机诞生
随着石油的开发，比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意。首先获得试用的是易于挥发的汽油。1883年，德国的戴姆勒创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻型和高速。当时其他内燃机的转速不超过200转／分，它却一跃而达到800转／分。轻型和高速特别适应交通动输机械的要求，1885～1886年汽油机作为汽车动力运行成功，大大推动了汽车的发展；同时，汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。不久汽油机又用作小船的动力。
3.柴油机的发明
1892年，德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机（柴油机）于1897年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径。狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近似的等压燃烧。其热效率达26％。压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴趣。压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎。这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机。1898年，柴油机首先用于固定式发电机组，1903年用作商船动力，1904年装于舰艇，1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成，1920年左右始用于汽车和农业机械。
二、燃气轮机
以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
中国在南宋高宗年间（1131～1162年）已有走马灯的记载，它是涡轮机（透平）的雏形。15世纪末，意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。至17世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。
1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败。1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，仅3％～4％，因而未获得实用。
1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13％、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。
随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在20世纪30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机。与此同时，透平效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温。等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。
1939年，在瑞士制成了4兆瓦发电用燃气轮机，效率达18％。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，它是以推力为4900牛的He-S3B涡轮喷气发动机（一种航空发动机）作动力的。从此，燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。
随着高温材料的不断进展，以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大，在20世纪70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。
与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年，瑞士制造的第一辆燃气轮机机车（1.64兆瓦）通过了交货试验。1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力。1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车（75千瓦）。此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用。
在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置。20世纪50～60年代出现以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞-燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到20世纪70年代就停止了生产。此外，还发展了柴油机-燃气轮机复合装置。燃气-蒸汽联合循环装置能有效地利用燃气轮机高温排气的热量，提高热能的利用率，至20世纪70年代末，这类装置的效率最高的已达46％。另有一类利用燃气轮机排气热量供热（或蒸汽）的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。
利用工厂生产过程中排放的压力气体在透平中膨胀作功，以带动生产过程所需的压气机供气的装置，称为能量回收装置，这种装置与废气涡轮增压器类似。1936年，瑞士制成第一台能量回收装置，用于催化裂化炼油厂中。
三、蒸汽机
将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。
16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等致力于“以火力提水”的探索和试验。萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利。他将一个蛋形容器先充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可连续排水。