Η ατμομηχανή είναι μια μηχανή που χρησιμοποιεί ατμό από νερό που βράζει για να κινηθεί. Ο ατμός πιέζει τα μέρη του κινητήρα για να τα κάνει να κινηθούν. Οι ατμομηχανές μπορούν να κινούν πολλά είδη μηχανών, συμπεριλαμβανομένων των οχημάτων και των ηλεκτρικών γεννητριών.
Οι ατμομηχανές χρησιμοποιήθηκαν στις αντλίες ορυχείων από τις αρχές του 18ου αιώνα και βελτιώθηκαν σημαντικά από τον James Watt τη δεκαετία του 1770. Ήταν πολύ σημαντικές κατά τη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης, όπου αντικατέστησαν τα άλογα, τους ανεμόμυλους και τους νερόμυλους για την εργασία των μηχανών.
Οι πρώτες ατμομηχανές ήταν εμβολοφόρες μηχανές. Η πίεση του ατμού έσπρωχνε ένα έμβολο που το έκανε να κινείται κατά μήκος ενός κυλίνδρου και έτσι είχαν μια παλινδρομική κίνηση (μπρος-πίσω). Αυτό μπορούσε να κινήσει άμεσα μια αντλία ή να λειτουργήσει έναν στρόφαλο για να γυρίσει έναν τροχό και να λειτουργήσει μια μηχανή. Λειτουργούσαν με χαμηλή πίεση και έπρεπε να είναι πολύ μεγάλες για να παράγουν μεγάλη ισχύ.
Οι ατμομηχανές χρησιμοποιούνταν στα εργοστάσια για την κίνηση των μηχανών και στα ορυχεία για την κίνηση των αντλιών. Αργότερα κατασκευάστηκαν μικρότερες μηχανές που μπορούσαν να κινούν σιδηροδρομικές μηχανές και ατμόπλοια.
Ο ατμός που τροφοδοτεί μια ατμομηχανή παράγεται σε έναν λέβητα που θερμαίνει το νερό για να παράγει ατμό. Στα περισσότερα μέρη η φωτιά θερμαίνει τον λέβητα. Το καύσιμο για τη φωτιά μπορεί να είναι ξύλο, κάρβουνο ή πετρέλαιο. Αντί της φωτιάς μπορεί να χρησιμοποιηθεί πυρηνική ενέργεια ή ηλιακή ενέργεια. Ο ατμός που βγαίνει από τον λέβητα ασκεί τη δύναμη σε ένα έμβολο. Μια βαλβίδα στέλνει τον ατμό στο ένα άκρο του εμβόλου και στη συνέχεια στο άλλο, για να το κάνει να κινείται προς τα πίσω και προς τα εμπρός. Το κινούμενο έμβολο σπρώχνει και τραβάει τη ράβδο του εμβόλου, την εγκάρσια κεφαλή και τη συνδετήρια ράβδο, για να περιστρέφει τροχούς ή να κινεί άλλα μηχανήματα. Ο βαρύς σφόνδυλος που περιστρέφεται εξομαλύνει την ισχύ από το έμβολο. Ο ρυθμιστής ρυθμίζει την ταχύτητα του κινητήρα.
Σήμερα πολλές ατμομηχανές εξακολουθούν να λειτουργούν. Κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα τα έμβολα αντικαταστάθηκαν από τουρμπίνες που περιστρέφονται σαν ανεμόμυλος ωθούμενες από πίδακες ατμού. Αυτές περιστρέφονται γρηγορότερα με μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση από τα αρχικά είδη εμβολοφόρων ατμομηχανών. Χρησιμοποιούνται σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας για τη λειτουργία γεννητριών που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Ορισμένα πλοία κινούνται επίσης με ατμοστρόβιλους. Οι λέβητες των ατμοστροβίλων μπορούν να θερμανθούν από πολλούς διαφορετικούς τύπους καυσίμων, ακόμη και από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα σε ορισμένους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και πολεμικά πλοία.
