まず、①の状態では、ディスプレーサーピストンは上死点にあり（クランクホイールとの連結点が左端の位置にある）、シリンダー内のほとんどの気体が冷却側にあります。したがってシリンダー内の大部分の気体は冷却されて収縮が続いており、そのためにパワーピストンは左に向おうとします。パワーピストンが左に進めば、それに連結されたクランクホイールは右回転することになります。

　②の状態まで進むと、パワーピストンがほぼ上死点にきます（クランクホイールとの連結点が左端の位置にくる点を上死点という）。それに先行したディスプレーサーピストンはクランクホイールの連結位置をみればわかるように９０度先行して連結されていますから、シリンダー内の平均的位置（中央部分）に進んでくる。このため、図①では冷却側にあった気体は加熱側に移動する。この移動はディスプレーサ－ピストンとシリンダ内壁との隙間（１mm）を通って起こる。加熱側に移動した気体は、加熱されることによって膨張が開始する。この気体の膨張によってパワーピストンは右向きの力を受け、これに連結したクランクホイールは右回転をします。
　パワーピストンがちょうど上死点の時は①のトルク（回転させようとする力のことでモーメントともいう）の惰性で回転を続けますが、上死点を少し過ぎた②から③、④と進む間中ずっと気体は膨張をし続け、パワーピストンは右向きの力をうけ、この力がクランクホイールを右回転するトルクとなります。

　③の状態でディスプレーサーピストンは下死点となり（クランクホイールとの連結点が右端の位置にくる点を下死点という）、シリンダー内ではいちばん右端にくる。ディスプレーサーピストンはこの後左に向きを変えて移動し始める。これによって、③から④の間に、加熱側にあった気体を冷却側に移動させることとなる。一方、パワーピストンはこの間さらにシリンダー内を右側に移動し、④のパワーピストンのほぼ下死点に至る時には冷却側に移動した気体の収縮が始まる。気体の収縮が始まると、パワーピストンは左向きの力を受けることになります。そして①の状態に続きます。

　上のように①～④を繰り返すことによって、パワーピストンは左右に動き、これと連動してクランクホイールが回転することになります。以上が、スターリングエンジンが動く理由です。