汽轮机是一种将蒸汽热能转化为机械能的设备，其工作原理基于热力学和流体力学原理。汽轮机的工作过程可以分为三个主要阶段：进气、燃烧和排气。
进气阶段：
气体（通常是空气）从外部进入汽轮机，经过一个压缩机提高气体的压力和温度。压缩机通常是由一个轴传动的叶片组成，通过旋转产生高速气流，将气体压缩。
燃烧阶段：
经过压缩的气体流入燃烧室，燃料被喷入燃烧室内，与空气混合并点燃。燃烧产生的高温高压气体膨胀，推动轴上的叶片旋转。
排气阶段：
燃烧产生的高温高压气体通过高速旋转的叶片组，将其动能转化为机械能，推动轴传动其他设备。然后，气体被排出汽轮机，排气过程中的剩余能量可用于产生蒸汽或加热水等其他用途。
总体来说，汽轮机通过连续循环的方式将燃料的热能转化为旋转机械能。它的工作原理是基于热能的传递和转化，以及流体在叶片上的冲击和膨胀过程。通过控制压力、温度和流体的流动速度等参数，可以优化汽轮机的效率和性能。
汽轮机的结构主要包括喷嘴（也称静叶）与动叶（也称叶片）两个部件。喷嘴固定在机壳或隔板上，动叶固定在轮盘上。蒸汽通过喷嘴时，压力下降，体积膨胀形成高速汽流，推动叶轮旋转而作功。如果蒸汽在叶片中压力不再降低，也就是蒸汽在叶片通道中的流速（即相对速度）不变化，只是依靠汽流对叶片的冲击力量而推动转子转动，这类汽轮机称为冲动式，也称压力级，在工业中应用广泛。如果蒸汽在叶片中继续膨胀（简称相对速度）比进口时要大，这种汽轮机的作功不仅由于蒸汽对叶片的冲击力，而且还有由于蒸汽相对速度的变化而产生的巨大的反作用力，因此这类汽轮机称为反动式汽轮机。
汽轮机的级数设计也影响其工作效率。只有一列喷嘴和一列动叶片组成的汽轮机叫单级汽轮机。由几个单级串联起来叫多级汽轮机。由于高压蒸汽一次降压后汽流速度极高，因而叶轮转速极高，将超过目前材料允许的强度。因此采用压力分级法，每次在喷嘴中压力降都不大，因而汽流速度也不高，高压蒸汽经多级叶轮后能量既充分得到利用而叶轮转速也不超过材料强度许可范围。这就是采用多级汽轮机的原因。
此外，如果由于蒸汽离开每一级叶片的流速仍高，为了充分利用汽流的动能，可用导向叶片将汽流引入第二排叶片中（每一个叶轮可安装二排叶片）进一步推动转轴做功，这称为速度分级，简称速度级（又称复速级）。