永動機的研究歷史其實也就是熱力學的發展歷史，正是由於各種永動機的碰壁才幫助科學家們確立了對熱力學定律的信心，而在目前已知的研究領域中，尚未出現這兩個定律的反例。(如果有人宣傳無限能源的永動機，是真的可以用“你得了諾貝爾獎再說吧”反嗆回去的，能夠動搖熱力學基本定律的研究，若有望成真必須是人類歷史上最重要的科學成果之一。)
果殼DIY曾經在2011年成功搭建“瀑布永動機”，靈感來自荷蘭畫家埃舍爾在1621年創造的《瀑布》，這是一組以“不可能存在”爲主題的系列畫作中的一副。
認爲不可能實現的永動機有兩類，分別對應於熱力學第一定律和第二定律。第一類永動機試圖在不獲取能源的前提下使體系持續向外界輸出能量，這和熱力學第一定律，也就是能量守恆定律相矛盾。第二類永動機試圖從單一熱源吸取熱量使之變爲有用功而不產生其他影響，這和熱力學第二定律，也就是熵增定律相矛盾。
永動機的研究目的非常簡明易懂，無限能源意味着一步跨入按需分配的共產主義世界【笑】。最早的時候研究者們希望能夠無中生有產生可供利用的能量，於是誕生了第一類永動機的設想。後來他們意識到能量是不能被憑空製造出來的，於是將研究目標改爲從無處不在的熱源汲取熱能轉爲機械功，這在實質上也相當於無限能源，但是進一步的失敗也表明單一熱源不能無條件轉化爲機械功，人類可以獲取的能源始終受到熱力學的限制。
這兩類永動機被公認爲不可能實現，但是既然有定律，就有着和定律擦邊的方法，有些動力機具有部分“永動”的特徵，它們能夠在很長時間裏輸出能量或是保持運動，但這些能量並不是“免費”和“無限”的。
1.內置大量能源的“永動機”
既然不獲取能源的話不可能持續輸出能量，那麼在體系內部存儲足夠的能量，在可用壽命期間保證足夠的輸出水平實際上也就可以了——這種方法的實例是各種核電池，它們的能量來源歸根結底是內部的各種核同位素，雖然長遠來看終有用盡的一日，但是可以做到數十年乃至上百年內提供可用的能源輸出。
二十年不斷電的核電池
考慮到地球上極大的氫儲量，如果我們能夠解決普通氫的可控核聚變問題，那麼在相當程度上也等於是獲取了無限能源的來源。離我們最近的核聚變“永動機”太陽，預計可以提供幾十億年的輸出，對短短几千年的人類社會來說，某種程度上算是永動了。
2.不輸出能量或者輸出極小的“永動機”
這也是規避能量守恆定律的方法之一。各種行星的運動都可以看作此類，不輸出能量，沒有能量消耗，按照慣性定律就可以永遠運動下去，但可惜這樣的機器是沒法作爲動力機使用的。
3.從外界汲取能源的“永動機”
常用的動力機其實都是屬於這一類，無論是蒸汽機，內燃機，還是燃氣輪機，給它持續不斷地提供燃料，理想情況下就能不斷運動下去。我們的地球從太陽獲取光熱能，產生風，洋流和生物能，是這種“永動機”的最好例子。雖然失去了太陽的供能這一運動體系就不能維持下去，但這也是以億年計的時間尺度而言的，人類不用擔心地球上的風能和水能會用盡。
除了明顯需要人爲提供能量的動力機，還有一類動力機能夠通過巧妙的設計從環境中獲取隱藏的能量。衛星上的太陽能電池板，海洋中的潮汐發電機，看起來能夠“無中生有”，其實都依賴環境中的光能和潮汐能。今天我們不會把能自動產生用之不竭能量的太陽能電池板加上一個電動馬達視作永動機，但是在過去有很多名義上的“永動“設計和真正的永動機設計相提並論。科普作家別萊利曼在近一百年前寫作的《趣味物理學》裏談到永動機的時候，就舉了很多十八世紀到十九世紀間有趣發明的例子，這些例子包括利用金屬、甘油的熱脹冷縮的鐘表，以及利用氣壓驅動水銀柱升降供能的廣場鍾。這些動力機的能量來源於大氣的溫差變化和氣壓變化，根本上來源於太陽的光照。它們不需要特別供能和照顧，從能源提供的持續性和輸出的時長而言， 屬於名義上的“永動“。
以鐘錶業和精密機械工業見長的瑞士直到現在也還在生產這類鐘錶作爲貴重禮品，比如利用室溫細微變化時氯乙烷的熱脹冷縮供能的積家Atoms空氣鍾，宣稱能在1攝氏度溫差下獲得走時兩天的動力，近乎永久地工作下去。由於大多數地方大氣的溫差變化和氣壓變化並不劇烈，爲了讓獲得的微小能量能夠抵消機械部件的摩擦和能耗，這些鐘錶需要精密機械領域最高水準的設計和加工。作爲代價，和普通電子鐘錶相比生產它們的廠家很少，組裝調試維護也都需要業內專家才能勝任。
雖然熱力學定律目前看來沒有推翻的前景，但人們對永動機不斷的探索，也可以說是在定律的禁區之外對熱力學認識不斷深入，開闢無數條新道路的過程。現代熱機的基本循環和熱效率的提高都伴隨着熱力學的指引，雖然無限能源的永動機就像賢者之石一樣從未獲得，但就像鍊金術孵化出了近代化學的基礎一樣，人們的努力最終在意想不到的地方結出了累累碩果。
