由于斯特林制冷机的高效性和可靠性，它被广泛地应用于航空航天、导弹制导、遥感遥测等诸多低温领域。斯特林制冷机是小型制冷机中应用最广、机型最多、技术最成熟的一种。斯特林制冷机按其结构可分为整体式和分置式两种。整体式斯特林制冷机的优点是结构紧凑、启动快、重量轻、工作温度范围宽、效率高、操作简便；存在的问题是振动较大、噪声大，寿命相对短。分置式斯特林制冷机是在整体式斯特林制冷机研究的基础上发展起来的，由于它的压缩机与冷头用细管连接，克服了整体式斯特林制冷机产生的振动和热量对红外探测器的影响，在军事领域得到了广泛的关注。斯特林循环由两个等温过程和两个等容回热过程组成。定质量工质在该封闭循环中，在不同温度下重复压缩和膨胀，实现热功转换。斯特林循环最初用于热力发动机。其逆循环被称为逆向斯特林循环或斯特林制冷循环，1864年前后，Alexander Kirk成功制造了世界上第一台斯特林制冷机。斯特林制冷机的制冷温度可以从普冷到深冷，冷量也可实现毫瓦级直至千瓦级。