Ένας θάλαμος καύσης είναι η περιοχή σε έναν κινητήρα όπου καίγεται καύσιμο. Σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, το καύσιμο καίγεται στο χώρο ακριβώς πάνω από τα έμβολά του. Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούνται ευρέως σε μικρά, κινητά οχήματα. Στον κινητήρα εξωτερικής καύσης, το καύσιμο καίγεται σε χώρο που χωρίζεται φυσικά από τα τοιχώματα των κυλίνδρων του. Οι μηχανές εξωτερικής καύσης χρησιμοποιήθηκαν εκτενώς τον 19ο αιώνα για την τροφοδοσία μεγάλων ατμόπλοιων και τρένων.
Ο θάλαμος καύσης ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης οριοθετείται εν μέρει από την επιφάνεια ενός εμβόλου. Όταν το καύσιμο αναφλέγεται σε αυτόν τον θάλαμο καύσης, τα θερμά αέρια μπορούν να δράσουν απευθείας στο έμβολο για να το σπρώξουν προς τα κάτω. Δεδομένου ότι η πίεση του αερίου είναι υψηλή, διαστέλλεται γρήγορα για να ακολουθήσει το έμβολο και να συνεχίσει να πιέζει πάνω του. Όταν η πίεση του αερίου είναι ξανά χαμηλή, το αέριο έχει ωθήσει το έμβολο στην κάτω θέση του. Ένας στροφαλοφόρος άξονας που συνδέεται με τα έμβολα θα στραφεί καθώς τα έμβολα ταλαντώνονται.
Μια ευρέως διαδεδομένη εφαρμογή της μηχανής εσωτερικής καύσης είναι η ισχύς για κινητά οχήματα, όπως αυτοκίνητα, βάρκες και ελικοφόρα αεροπλάνα. Η θερμότητα σε έναν θάλαμο εσωτερικής καύσης δημιουργείται μέσα στον ίδιο τον κινητήρα, ώστε να μπορεί να δράσει γρήγορα στα έμβολα του κινητήρα. Αυτή η σχετική απόδοση επιτρέπει στους κινητήρες εσωτερικής καύσης να είναι μικρότεροι και ελαφρύτεροι από τους αντίστοιχους εξωτερικής καύσης. Για το λόγο αυτό, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούνται ευρέως για κινητές εφαρμογές με σχετικά χαμηλές ανάγκες ισχύος.
Η ατμομηχανή, από την άλλη πλευρά, είναι μια μηχανή εξωτερικής καύσης. Αυτό σημαίνει ότι ο θάλαμος καύσης βρίσκεται έξω από τους κυλίνδρους. Οι κινητήρες εξωτερικής καύσης απαιτούν μεταφορά θερμότητας μέσω των συμπαγών τοιχωμάτων του κινητήρα. Η μεταφορά θερμότητας μέσω ενός ακίνητου στερεού αντικειμένου ονομάζεται αγωγιμότητα. Η αγωγιμότητα μπορεί να είναι μια αργή διαδικασία όταν οι διαφορές θερμοκρασίας είναι μικρές, επομένως οι ατμομηχανές συνήθως χρησιμοποιούν μεγάλους θαλάμους καύσης που παράγουν πολλή θερμότητα.
Στην ατμομηχανή, ο άνθρακας καίγεται σε έναν θάλαμο καύσης που είναι γνωστός ως εστία για την παραγωγή θερμότητας. Η θερμότητα ρέει μέσα από τα τοιχώματα ενός άλλου δοχείου γεμάτο νερό, γνωστό ως λέβητας. Όταν το νερό βράζει, ο ατμός υψηλής πίεσης κατευθύνεται προσωρινά σε έναν ή περισσότερους κυλίνδρους για να δράσει σε ένα έμβολο. Η γραμμική κίνηση του εμβόλου μετατρέπεται σε κυκλική κίνηση ενός στροφαλοφόρου άξονα για την κίνηση του κινητήρα.
Τόσο οι μηχανές εσωτερικής όσο και εξωτερικής καύσης είναι μορφές του παλινδρομικού κινητήρα. Αυτοί οι κινητήρες μετατρέπουν τελικά τη χημική ενέργεια σε μηχανικό έργο, με τη θερμότητα να είναι η ενδιάμεση μορφή ενέργειας. Ακόμη και υπό ιδανικές συνθήκες, δεν μπορούν να μετατρέψουν το 100% της αποθηκευμένης χημικής ενέργειας σε μηχανικό έργο, επειδή κάποια θερμότητα θα διαφεύγει πάντα από το σύστημα.