Стационарная паровая машина использует силу пара для приведения в действие не самих себя, а других инструментов. Обычно они использовались для питания мостов, шлагбаумов, приводных мельниц и заводского оборудования. Более поздние модели использовались для выработки электроэнергии. Такие двигатели работают с фиксированного положения и не используются в качестве транспортных средств, хотя некоторые из них использовались для привода колес на паровых кораблях.
Основные паровые двигатели работают, когда в цилиндр впускается пар под высоким давлением. Этот цилиндр имеет поршень, который пар толкает в одном направлении, выталкивая охлажденный выхлопной пар из вентиляционного отверстия и создавая движение через поршневой шток. Это движение приводит в движение колеса паровоза, толкая двигатель вперед. Такие двигатели толкают поршень то в одну, то в другую сторону, чередуя, в какой конец цилиндра поступает пар.
Первая стационарная паровая машина была изобретена Томасом Савери, а затем усовершенствована англичанином Томасом Ньюкоменом и шотландцем Джеймсом Уаттом. В 1698 году Савери изобрел паровой двигатель, который качал воду из угольной шахты Корнуолла. Его базовая конструкция была улучшена в 18 и 19 веках, но в 20 веке была заменена электричеством и двигателем внутреннего сгорания.
В 1705 году Ньюкомен изобрел первый лучевой двигатель. В этой стационарной паровой машине использовалась поворотная балка, соединенная с вертикальным поршневым цилиндром внизу. Уатт, среди прочего, улучшил двигатель, добавив компрессор. Лучевой двигатель использовался в основном для перекачки воды и вращения мельничных колес. Он также использовался на паровых кораблях.
Недолговечным вариантом неподвижного двигателя был настольный двигатель. Этот двигатель был похож на балочный двигатель, но располагался на основании стола и был соединен с маховиком через шатун и траверса. Джеймс Сэдлер изобрел двигатель и использовал его на блочных заводах в Портсмуте. По сравнению с другими двигателями он был и медленным, и слабым.
Джордж Генри Корлисс, американец, добавил поворотные клапаны к основной идее стационарного парового двигателя, чтобы создать двигатель Корлисса. Впервые построенный в 1848 году, Corliss позволял изменять время работы своих клапанов. В основном он использовался для прокладки валов на заводах и для выработки электроэнергии с помощью динамо-машин, поскольку он был очень экономичным.
В 1828 году Джеймс Перкинс разработал двигатель Uniflow, который использовал полуцилиндр и позволял поршню двигаться только в одном направлении. Поскольку выхлопные газы и пар топлива всегда поступали в одни и те же концы цилиндра, это приводило к повышению тепловой эффективности. Uniflow был адаптирован для различных паровых двигателей, но в основном использовался для выработки электроэнергии.
Британский изобретатель Джеймс Хорнблауэр создал первую сложную стационарную паровую машину в 1781 году. Он рассудил, что если энергия и действие могут быть получены из пара под давлением в одном цилиндре, то тот же пар можно будет переместить в другой цилиндр для получения большей мощности. Хорнблауэр строил двигатели, где было как минимум два цилиндра и каждый поршень после первого реагировал на понижение давления.