Soojusmasin ka termodünaamiline mootor on seadeldis, mis muudab soojusenergia mehaaniliseks tööks. Soojusmasinate töö põhineb tsüklilistel protsessidel.

Tavaliselt on soojusmasinates töötavaks kehaks paisuv gaas. Tehniliselt pole aga võimalik kasutada gaasi töö saamiseks lahendust, kus gaas paisuks isotermiliselt lõpmatuseni. Selleks, et muundada soojust pikema aja jooksul mehhaaniliseks tööks, tuleb paisuvat gaasi vahepeal kokku suruda ning kuna gaasi kokku surumisega kaasneb paratamatu temperatuuri tõus, siis tuleb gaasi vahepeal jahutada. Energeetiliselt annab parima tulemuse kui gaasi paisumine, soojendamine, kokku surumine ja jahutamine toimuvad korduvalt kindlas üksteisele järgnevas järjekorras so tsüklitena.

Soojusmasin peab koosnema järgmistest põhimõttelistest osadest:

(1) Soojendist, mille ülesanne on anda töötavale kehale juurde tööks vajalikku energiat. Soojendi saab oma energia tavaliselt kütuse põlemisel vabanevast energiast

(2) Töötavast kehast – kõikides soojusmasinates on töötavaks kehaks gaas, mis teeb paisumisel tööd

(3) Jahutist, mille ülesandeks on võtta töötavalt kehalt üle jäävat energiat, vältides niimoodi töötava keha temperatuuri liigset tõusu. Tänu jahutamisele tekib gaasil võimalus omandada soojendilt uus portsjon energiat.

Soojusmasina üks töötsükkel koosneb kolmest sammust:

I soojendi annab kehale soojushulga (luuakse eeldus töö tegemiseks välise energia arvelt) =>

II paisuv gaas teeb saadud soojushulga arvel tööd =>

III gaas annab töö tegemisest üle jäänud soojushulga jahutile (taastub peaaegu samasugune olukord, mis oli enne kui gaas soojendilt soojust sai) =>

… protsess algab otsast peale.

Soojusmasinad on näiteks auruturbiin, aurumasin, sisepõlemismootor ja reaktiivmootor.