En dampmaskin er en varmekraftmaskin som omformer varmeenergi til mekanisk arbeid med vann som arbeidsmedium. Virkemåten til en stempeldampmaskin er at damp under trykk fra en dampkjele virker med en kraft på stemplene og setter disse i bevegelse. Bevegelsen overføres via veivstenger til en veivaksling, det gir en roterende bevegelse som kan drive propellen på et skip, hjulene på et lokomotiv eller en generator i en kraftstasjon.
Ofte er dampmaskinen utformet slik at vann i gass- og væskeform sirkulerer i en lukket krets. Den ideelle termodynamiske syklusen som brukes for å analysere denne prosessen kalles Clausius–Rankine-prosessen. I denne syklusen blir vann oppvarmet og forvandles til damp i en kjele som arbeider ved høyt trykk. Når dampens varmeenergi benyttes til å drive en stempelmaskin eller turbiner, skapes mekanisk arbeid. Dampen får redusert trykk og temperatur på veg gjennom dampmaskinen. Etter at dampen forlater dampmaskinen, strømmer den ut i kondensatoren, der den kondenseres til vann som pumpes tilbake i kjelen.
Bruk av kokende vann for å produsere mekanisk bevegelse har vært kjent siden oldtiden, men tidlige maskiner var ikke særlig praktiske.