Le cycle de Carnot est un cycle thermodynamique idéalisée qui décrit un moteur thermique parfait. Tous les moteurs thermiques réels sont des approximations imparfaites de la perfection théorique incarnée par le cycle de Carnot. Dans le cycle de Carnot l'énergie thermique n’est pas toute convertie en travail mécanique, mais une grande partie est- la plus grande partie permis par les lois physiques.
Un moteur thermique produit un travail à partir de la différence de température de deux réservoirs. Dans un moteur à combustion, un réservoir est la chaleur créée à l'intérieur du moteur (source), et l'autre est le milieu extérieur (puits). La chaleur générée par la source provoque le gaz à l'intérieur du cylindre pour développer, entraînant un piston qui fonctionne. L'état thermodynamique du gaz - en expansion, mais avec une température constante - est appelée isotherme.
Éventuellement la source de chaleur est retirée et le gaz en expansion cesse très rapidement. Si la chaleur a été maintenue en permanence, le cylindre allait exploser. Le gaz commence à perdre température lorsqu'il atteint son volume maximum et agit non plus sur le piston. C'est ce qu'on appelle l'expansion adiabatique du gaz. Puis le piston change évidemment la compression du gaz, jusqu'à ce qu'il commence à atteindre une température maximale et la résistance physique due à la chaleur qu'elle contient, en mettant le système dans son état de départ. Puis le cycle recommence.
Il y a beaucoup de différents types de moteurs thermiques. Tous les travaux sur le gradient de température entre une source de courant et d'un lavabo. Pour maximiser l'efficacité des moteurs thermiques, ils doivent être bien isolés. Dans la plupart des moteurs utilisés aujourd'hui, le gaz reste un gaz tout au long du cycle, mais dans les moteurs à vapeur, un changement de phase se produit entre le liquide et le gaz.
Dans un cycle de Carnot idéal, tous les quatre étapes sont très lentes, afin de minimiser l'entropie, ou de l'irréversibilité thermodynamique, créé par le processus. En réalité, les étapes progresser rapidement, et l'entropie est générée, ce qui signifie le cycle ne peut pas durer éternellement. Les parois du cylindre se dégradent, la chaleur de l'intérieur du moteur se perd au milieu extérieur, et ainsi de suite. Le cycle de Carnot peut fonctionner en sens inverse pour créer un réfrigérateur.