Rendiment de la màquina de Stirling
Recordem que el rendiment d’una màquina tèrmica és 
.
Per tant el rendiment d’una màquina Stirling, sense tenir en compte el regenerador, és:
El motor tèrmic de Stirling, en ser una màquina tèrmica de combustió externa, pot incorporar un dispositiu anomenat regenerador que actua com un sistema que emmagatzema energia en cada cicle. La calor es diposita en el regenerador quan el gas es desplaça des del focus calent cap al focus fred i la seva temperatura i la seva pressió disminueixen (procés 2 → 3). Quan el gas es desplaça des del focus fred cap al focus calent el regenerador subministra energia al gas i la seva temperatura augmenta (procés 4 → 1). A mesura que la temperatura s’incrementa la pressió del gas s’incrementa, i el sistema torna al seu estat inicial.
Així, fent ús del regenerador, la calor absorbida per la màquina Stirling és en realitat:
Per tant, el rendiment d’una màquina Stirling que utilitza un regenerador és:
Observem que és una màquina que pot obtenir el rendiment d’una màquina ideal de Carnot, és a dir, un rendiment màxim. En la realitat el rendiment és menor, ja que cal tenir en compte els efectes negatius de la fricció, a causa del moviment, dels elements que integren la màquina, o de la lubricació, de les pèrdues tèrmiques per conducció, convecció i radiació, etc.
El treball es pot augmentar de diverses maneres:
- Augmentant la diferencia de temperatures
entre el focus calent i el focus fred. - Augmentant el valor de la relació de volums, anomenada raó de compressió del gas
.