GRETJE  
Stirlingov motor je motor z zunanjim izgorevanjem. Začnimo z zgornjo mrtvo točko vročega bata. Ta bat se prične premikati proti dol, hladni bat pa je na poti k vrhu. Vroči bat prehiteva hladnega za 90 stopinj. Plin se spodriva iz hladnega v vroči valj. Tlak zaradi zagrevanja plina narašča. 

RAZTEZANJE  
V fazi naslednjih 90 stopinj delovanja se oba bata pomikata navzdol, kar je seveda v skladu z naraščajočim tlakom plina. Motor v tem delu cikla opravi mehansko delo. 

HLAJENJE 
V fazi naslednjih 90 stopinj se gred vrti naprej zaradi vstrajnosti vstrajnika. Vroči bat se premika od spodnje mrtve točke proti vrhu valja, hladni pa potuje proti spodnji mrtvi točki. Plin se spodriva iz vročega v hladen valj pri čemer začne pritisk padati. 

KRČENJE 
Oba bata se v naslednji fazi 90-tih stopinj gibljeta navzgor gnana od krčenja plina. Tudi iz tega dela cikla stroj proizvede mehansko delo. Nato pa dvobatni stirlingov motor zopet nadaljuje s svojim ponovnim ciklom naprej. 

REGENERATOR 
V vezni kanal med oba valja se lahko vstavi regenerator. Ta je lahko naprimer bakrena ali železna volna. Ko vroč plin prehaja iz vročega v hladen valj to volno zagreje na račun lastnega hlajenja. V ciklu, ko prehaja hladen plin nazaj v vroč valj, pa pobere plin volni prej oddano energijo nazaj. Na ta način se zelo dvigne izkoristek tega motorja.