Μια θαλάσσια ατμομηχανή είναι ένας τύπος ατμομηχανής σχεδιασμένος για χρήση σε πλοίο ή άλλο θαλάσσιο σκάφος. Οι ατμομηχανές άρχισαν να εμφανίζονται στα πλοία στις αρχές του 19ου αιώνα και ήταν ο κύριος τύπος κινητήρα που χρησιμοποιήθηκε για θαλάσσια ταξίδια στα περισσότερα από τα επόμενα 100 χρόνια, όταν οι κινητήρες ντίζελ άρχισαν να αντικαθιστούν ατμομηχανές ως πρότυπο για την πρόωση των πλοίων. Ένας τεράστιος αριθμός σχεδίων, βελτιώσεων και διαμορφώσεων εμφανίστηκε κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, αλλά κάθε ατμομηχανή θαλάσσης λειτουργούσε με την ίδια βασική αρχή της χρήσης θερμαινόμενου ατμού για την εκτέλεση εργασιών.
Η πρώτη ατμομηχανή που λειτουργούσε εφευρέθηκε στα τέλη του 17ου αιώνα, αλλά δεν αναπτύχθηκε με επιτυχία εμπορικά μέχρι τις αρχές του 18ου αιώνα. Σχεδόν 100 χρόνια αργότερα, το 1807, αναπτύχθηκε το πρώτο εμπορικά επιτυχημένο σχέδιο ατμοπλοϊκού πλοίου από έναν Αμερικανό, τον Robert Fulton. Οι πρώτες θαλάσσιες ατμομηχανές ήταν κάπως αναξιόπιστες και ανεπαρκείς, αλλά οι μηχανικοί και οι εφευρέτες στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη έκαναν γρήγορα βελτιώσεις και μέσα σε άλλα 30 χρόνια τα ατμόπλοια έκαναν τακτικά υπερατλαντικά ταξίδια.
Τα πρώτα πλοία που ήταν εξοπλισμένα με τέτοιου είδους κινητήρες είχαν λέβητες που χρησιμοποιούσαν ξύλο για καύσιμο. Αργότερα, πολλά πλοία χρησιμοποίησαν άνθρακα για καύσιμο. Ένας λέβητας, μια μεγάλη σφραγισμένη δεξαμενή που περιέχει νερό θερμάνθηκε για να παράγει ατμό, γεγονός που δημιούργησε πίεση στο κλειστό σύστημα. Αυτή η πίεση χρησιμοποιήθηκε για τη μετακίνηση ενός ή περισσότερων εμβόλων σε κυλίνδρους. Τα έμβολα συνδέθηκαν με μηχανικά μέσα σε έναν μηχανισμό κίνησης, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για την περιστροφή ενός μοχλού, ή αργότερα, σε πιο προηγμένα πλοία, μια βίδα προπέλας.
Οι απλές ατμομηχανές επέκτασης είχαν κυλίνδρους που λειτουργούσαν όλοι υπό την ίδια πίεση και στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης θαλάσσιων ατμομηχανών, όλες οι ατμομηχανές σχεδιάστηκαν με αυτόν τον τρόπο. Αργότερα, αναπτύχθηκε η σύνθετη ατμομηχανή εκτόνωσης, η οποία είχε κυλίνδρους που λειτουργούσαν υπό διαδοχικά χαμηλότερες πιέσεις καθώς ο ατμός διοχετευόταν διαδοχικά μέσω των κυλίνδρων, ψύχοντας καθώς περνούσε από τον καθένα πριν επιστρέψει στο λέβητα. Οι κινητήρες αυτού του τύπου σχεδιάζονταν συνήθως με δύο κυλίνδρους. Οι σύνθετοι κινητήρες με τρεις κυλίνδρους ήταν γνωστοί ως κινητήρες τριπλής διαστολής.
Η μέθοδος με την οποία μια θαλάσσια ατμομηχανή μετέφερε ισχύ από τα έμβολα στον μηχανισμό κίνησης ήταν το δεύτερο στοιχείο στον τρόπο ταξινόμησης ενός κινητήρα. Πολλά διαφορετικά σχέδια μεταφοράς ισχύος αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια της επικράτησης των ατμομηχανών. Ένας τύπος κινητήρα γνωστός ως κινητήρας με πλευρικό μοχλό, στον οποίο τα έμβολα συνδέονταν με δύο μεγάλους μοχλούς τοποθετημένους στις πλευρές του κινητήρα, ήταν ο κύριος τύπος ατμομηχανής θαλάσσης κατά τα πρώτα χρόνια της ισχύος ατμού. Μεταγενέστερα σχέδια περιλάμβαναν τους κινητήρες του καμπαναριού, των εγκάρσιων κεφαλών, των ταλαντευόμενων και των δοκών.