Den mikroskopiska modellen byggde på en 195-årig design av uppfinnaren Robert Stirling.
Ändringarna innebar att de ursprungliga kolvarna ersattes med en laserstråle.
Fysikerna sade att de var "förbluffade" av hur effektivt maskinen omvandlade värme till kraft - men sade att det "inte gick smidigt" och hade ingen praktisk användning i sin nuvarande form.
En konventionell stirlingmotor har en gascylinder fäst vid en värmekälla i ena änden och en kall källa i den andra.
Gasen värms och kyls växelvis genom att den flyttas till olika temperaturplatser.
När gasen värms ut expanderar den och kör en kolv utåt som driver ett hjul. Detta gör att en förskjutare - som också sitter fast på hjulet - förflyttar sig i cylindern och flyttar större delen av den uppvärmda gasen till det svala område där den drar tillbaka kolven.
Detta flyttar borttagaren tillbaka till sitt ursprungliga läge flytta gasen tillbaka till det heta området, och processen upprepas.
En tvåcylindrig variant av motorn använder två kolvar i stället för en förskjutare.
"Vi ville förstå hur en sådan grundläggande princip fungerar, och om det fungerar alls på en mikron-längd skala," Prof Clemens Bechinger berättade BBC.
"Nuförtiden försöker alla göra saker mindre - elektroniska kretsar och mekaniska enheter blir mindre och mindre - så vi tänkte varför inte försöka undersöka denna grundläggande process i mikroskala."
Fysikerna genomförde sin forskning vid Max Planck Institute for Intelligent Systems vid University of Stuttgart och publicerade den i den senaste upplagan av Nature Physics Journal.
För att anpassa motorn ner till mikrostorlek ersatte de gascylindern med en enda mikron-stor partikel av en plast som kallas melamin, ungefär 10 000 gånger storleken på en atom.
Partikeln var nedsänkt i en vattenkammare med fyratusendelar av en millimeter hög.
Kolverna ersattes med en fokuserad infraröd laserstråle som fungerade som "optiska pincetter", som höll partikeln på plats.
Ju starkare laserns intensitet ju mer partikeln var begränsad till en punkt. Ju svagare intensitet ju mer partikeln kunde fluktuera runt det stället utforska ett större utrymme.
Partikeln betedde sig alltså på ett liknande sätt som molekylerna i den ursprungliga värmemotorn. När partikeln var begränsad i rörelse, liknade den det tillstånd molekylerna skulle ha varit i när gasen komprimerades. När den kunde röra sig mer fritt fungerade den som molekylerna skulle ha gjort när gasen hade kunnat expandera.
Eftersom det var opraktiskt att återskapa varma och kalla värmebad på mikronivå, användes en andra laser. Det värmde upp blandningen till 90C (194F) på mindre än 10 millisekunder. Det tilläts då att snabbt svalna tillbaka till rumstemperatur så snart lasern stängdes av.
Även om detta gjorde det möjligt för fysikerna att återskapa värmemotorprocessen, var den mängd energi som erhölls per cykel inte stabil.
"I motsats till en makroskopisk värmemotor där allt fungerar på ett mycket smidigt och mycket deterministiskt sätt, vår motor stammar", säger Prof Bechinger.
Han sade att detta berodde på att vattenmolekylerna i den lösning som omgav mikropartiklarna ständigt kolliderade in i den, vilket gjorde att energi fördes fram och tillbaka.
I den större motorn var den mängd energi som motorn genererade mindre än den mängd små kollisioner som skedde inne i maskinen, vilket gjorde dem irrelevanta. Men i den mikroskopiska motorn var energinivåerna mycket mer likartade och kunde till och med få processen att stanna upp i extrema fall.
Även om detta gjorde mängden energi som producerades per cykel oregelbunden, laget sade att de var förvånade över att i genomsnitt, över en rad cykler, mikro-maskin var lika effektiv som sin större motsvarighet.
"Det var något vi inte förväntade oss när vi startade projektet", säger Prof Bechinger.
Även om fysikerna medgav att en mini-team motor aldrig skulle vara en praktisk kraftkälla, sade de att de hoppades att deras forskning nu kunde användas för att skapa mer stabila kraftkällor för mikromaskiner.
Världens minsta fungerande "teammotor" har byggts i Tyskland, enligt ett forskarteam.