Među svim cikličkim termodinamičkim procesima, Carnotov ciklus ima poseban teorijski značaj i praktičnu primjenu. Često se naziva nenadmašnim, sjajnim, idealnim itd. I za mnoge se općenito čini nečim tajanstvenim i neshvatljivim. Međutim, ako su svi naglasci ispravno postavljeni, tada će se odmah otvoriti sva jednostavnost, genijalnost i ljepota ovog izuma, koji je otkrio francuski znanstvenik i inženjer Sadi Carnot. I postat će jasno da u procesu koji je predložio nema ničeg nadnaravnog, već samo najučinkovitije korištenje nekih zakona prirode.
Dakle, što je zapravo poznati i misteriozni Carnotov ciklus? Može se definirati kao kvazistatički proces koji se temelji na dovođenju termodinamičkog sustava u toplinski kontakt s parom termostatskih spremnika koji imaju konstantne i stabilne vrijednosti temperature. Pri čemupretpostavlja se da temperatura prvog (grijača) prelazi temperaturu drugog (hladnjak). Carnotov ciklus sastoji se u činjenici da prvo termodinamički sustav, koji u početku ima određenu toplinsku vrijednost, dolazi u dodir s grijačem. Zatim, beskonačno sporim smanjenjem tlaka, u njemu nastaje kvazistatičko širenje, praćeno posuđivanjem topline iz grijača i otpornošću na vanjski pritisak.
Nakon toga, sustav se izolira, što opet uzrokuje kvazistatičko adijabatsko širenje u njemu dok njegova temperatura ne dosegne temperaturu hladnjaka. Kod ove vrste ekspanzije određeni rad otpora na vanjski pritisak obavlja i termodinamički sustav. U tom stanju sustav se dovodi u kontakt s hladnjakom, te se kontinuiranim povećanjem tlaka komprimira do određene točke, uslijed čega zatim u potpunosti prenosi toplinsku energiju posuđenu od grijača u drugi rezervoar. Carnotov ciklus jedinstven je po tome što ga ne prati nikakav gubitak topline. Teoretski se takva shema može nazvati vječnim motorom. To je zato što će toplinska učinkovitost Carnotovog ciklusa, ovisno isključivo o temperaturama para spremnika, uvijek biti najveća moguća. Međutim, nitko još nije uspio stvoriti stroj čija bi toplinska učinkovitost premašila trideset posto one koju dopušta ciklički proces Sadi Carnot.
I ovaj proces se naziva idealnim jer jemnogo bolje od drugih ciklusa može pretvoriti toplinu u koristan rad. S druge strane, zbog poteškoća u organizaciji i provođenju izotermnih procesa, njegova je primjena u stvarnim motorima iznimno teška. Za maksimalnu učinkovitost prijenosa topline, takav stroj mora biti potpuno izoliran od vanjskog okruženja, što je u stvarnosti gotovo nemoguće.
Obrnuti Carnotov ciklus je u osnovi principa rada toplinske pumpe, koja za razliku od hladnjaka, nekom vrućem objektu, kao što je sustav grijanja, mora dati što više energije. Dio topline posuđuje se iz okoline koja ima nižu temperaturu, ostatak potrebne energije oslobađa se tijekom izvođenja mehaničkog rada, kao što je kompresor.
