汽輪機是將蒸汽能量轉化為機械功的旋轉動力機，是蒸汽動力裝置的主要設備之壹。汽輪機是渦輪機械的壹種，又稱蒸汽輪機。
公元壹世紀，亞歷山大的希律王描述了蒸汽旋轉球，又稱風神輪，是最早的反應式汽輪機的雛形。在1629中，意大利的Blanca提出了壹種通過蒸汽沖擊葉片來旋轉的轉輪。
19年底，瑞典的拉瓦爾和英國的帕森斯分別造出了實用的汽輪機。拉瓦爾在1882年建造了第壹臺5馬力(3.67 kW)的單級沖動式渦輪，解決了噴嘴設計和強度設計的相關問題。單級沖擊式汽輪機功率很小，現在很少使用。
20世紀初，法國拉托和瑞士左萊分別制造了多級沖動式汽輪機。多級結構為提高汽輪機功率開辟了道路，並得到了廣泛應用，機組功率也在不斷增加。帕森斯於1884年獲得英國專利，制造出第壹臺10馬力多級反應式汽輪機，在當時的功率和效率上處於領先地位。
20世紀初，美國柯蒂斯制造了多速級汽輪機，每個速級壹般有兩排動葉片。在第壹排動葉片之後，在汽缸上安裝導向葉片，將蒸汽流導向第二排動葉片。目前，速度級汽輪機僅用於小型汽輪機，主要驅動泵、鼓風機等。，常用作中小型多級汽輪機的第壹級。
與往復式蒸汽機相比，汽輪機中的蒸汽流動是連續的、高速的，單位面積的流量大，所以能產生更多的功率。大功率汽輪機可以使用更高的蒸汽壓力和溫度，所以熱效率更高。19世紀以來，汽輪機的發展是在不斷提高安全性、可靠性和耐久性，保證操作方便的基礎上，增加單機功率，提高裝置的熱經濟性。
汽輪機的出現促進了電力工業的發展。到20世紀初，電站汽輪機單臺功率已達10 MW。隨著電力應用的日益廣泛，20世紀20年代美國紐約等大城市的電站峰值負荷接近65，438+0，000 MW。如果單機功率只有10 MW，則需要安裝近100臺機組。因此在20世紀20年代單機功率提高到60 MW，30年代初出現了1.65 MW和208 MW汽輪機。
此後，經濟衰退和第二次世界大戰期間的爆發使單臺渦輪機功率的增加停滯不前。20世紀50年代，隨著戰後經濟發展，電力需求突飛猛進，單機功率開始不斷增加，325-600 MW的大型汽輪機相繼出現。20世紀60年代，建造了1000 MW汽輪機。70年代建成1300 MW汽輪機。目前很多國家普遍采用的單機功率是300 ~ 600 MW。
汽輪機廣泛應用於社會經濟的各個部門。汽輪機的種類很多，有不同的分類方法。按結構分，有單級汽輪機和多級汽輪機；各級安裝在壹個汽缸內的單缸汽輪機，各級包裝在幾個汽缸內的多缸汽輪機；各級安裝在壹根軸上的單軸汽輪機，各級安裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機。
根據工作原理，有沖動式汽輪機，其蒸汽主要在各級噴嘴(或靜葉)中膨脹；蒸汽在定子和轉子葉片中膨脹的反應式渦輪機；並且在噴嘴中膨脹的蒸汽的動能被利用在幾排動葉片上。
根據熱力特性，有凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和式汽輪機。凝汽式汽輪機排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低於大氣壓力，因此熱力性能好，是最常用的汽輪機。供熱汽輪機既提供動力驅動發電機或其他機械，又為生產或生活供熱，熱利用率高；背壓式汽輪機排氣壓力大於大氣壓力的汽輪機；抽汽式汽輪機是能從中間級抽取蒸汽供熱的汽輪機；飽和汽輪機是以飽和蒸汽為新蒸汽的汽輪機。
汽輪機的蒸汽從入口向出口膨脹，單位質量的蒸汽體積增加數百倍甚至數千倍，因此各級葉片的高度必須逐級加長。大功率凝汽式汽輪機的排汽面積很大，末級葉片必須做得很長。
汽輪機裝置的熱經濟性用汽輪機的熱耗率或熱效率來表示。汽輪機的熱耗率是單位輸出機械功所消耗的蒸汽熱，熱效率是輸出機械功與消耗蒸汽熱的比值。對於整個電站來說，還應考慮電站的鍋爐效率和電力消耗。因此，電站熱耗率高於單臺汽輪機，電站熱效率低於單臺汽輪機。
壹個總功率為1000 MW汽輪發電機的電站，每年消耗約230萬噸標準煤。如果熱效率絕對值能提高1%，每年可節約6萬噸標準煤。因此，汽輪機裝置的熱效率壹直受到重視。要提高汽輪機的熱效率，除了不斷提高汽輪機本身的效率，包括改進各級葉片型線設計(減少流動損失)，減少閥門和排氣管的損失，還可以從熱力學角度采取措施。
根據熱力學原理，新蒸汽參數越高，熱循環的熱效率越高。早期汽輪機使用的新蒸汽壓力和溫度較低，熱效率低於20%。隨著單機功率的增加，30年代初，新鮮蒸汽壓力已提高到3 ~ 4 MPa，溫度為400 ~ 450℃。隨著高溫材料的不斷改進，蒸汽溫度逐漸提高到535℃，壓力也提高到6 ~ 12.5 MPa，有的已經達到16 MPa，熱效率在30%以上。50年代初，使用新蒸汽溫度為600℃的汽輪機。後來有了新的蒸汽輪機，蒸汽溫度達到650℃。
現代大型汽輪機通常采用超臨界參數，新鮮蒸汽壓力24 MPa，新鮮蒸汽溫度和再熱溫度535 ~ 565℃，或亞臨界參數，新鮮蒸汽壓力16.5 MPa，新鮮蒸汽溫度和再熱溫度535℃。使用這些渦輪機的發電廠的熱效率約為40%。
此外，汽輪機的排汽壓力越低，蒸汽循環的熱效率越高。然而，排氣壓力主要取決於冷卻水的溫度。如果排氣壓力過低，則需要增加冷卻水流量或增加冷凝器的冷卻面積，末級葉片也較長。凝汽式汽輪機常見的排氣壓力為0.005 ~ 0.008 MPa。為了減輕船用汽輪機的重量和尺寸，常采用0.006 ~ 0.01 MPa的排氣壓力。
此外，提高汽輪機熱效率的措施還包括回熱循環、再熱循環和供熱汽輪機。提高汽輪機的熱效率對節能具有重要意義。
發展大型汽輪機是未來汽輪機發展的重要方向，其中發展較長的末級葉片是進壹步發展大型汽輪機的關鍵。提高熱效率的研究是汽輪機發展的另壹個方向，采用更高的蒸汽參數和二次再熱、發展調峰機組和推廣供熱汽輪機的應用是這壹發展的重要趨勢。
現代核電站的汽輪機數量迅速增加，因此研究適用於不同堆型的性能良好的汽輪機具有重要意義。
1983年世界上利用地熱能的汽輪機裝機容量已達3190 MW，但熔巖等溫度更高的深層地熱資源的利用還有待探索。利用太陽能的蒸汽渦輪發電站已經在建設中，海洋溫差發電也在研究中。所有這些新能源渦輪機還有待測試和研究。
此外，在汽輪機的設計、制造和運行過程中，采用新的理論和技術來提高汽輪機的性能也是今後汽輪機研究的重要內容。比如:氣體動力學中的三維流動理論，濕蒸汽兩相流動理論；強度的有限元法和斷裂力學分析:振動中的快速傅立葉變換、模態分析和激光技術:設計、制造技術、測試測量和運行監控方面的計算機技術；壽命監測中的超聲波檢測和損耗計算。此外，還將開發氟利昂等新工質的應用，以及新結構、新工藝和新材料。