Med vsemi cikličnimi termodinamičnimi procesi ima Carnotov cikel poseben teoretični pomen in praktično uporabo. Pogosto se imenuje neprekosljivo, odlično, idealno itd. In za mnoge se na splošno zdi nekaj skrivnostnega in nerazumljivega. Če pa so vsi poudarki pravilno postavljeni, se bo v trenutku odprla vsa preprostost, genij in lepota tega izuma, ki ga je odkril francoski znanstvenik in inženir Sadi Carnot. In postalo bo jasno, da v procesu, ki ga je predlagal, ni nič nadnaravnega, ampak le najučinkovitejša uporaba nekaterih zakonov narave.
Kaj je torej v resnici slavni in skrivnostni Carnotov cikel? Lahko ga definiramo kot kvazistatičen proces, ki temelji na vzpostavitvi toplotnega stika termodinamičnega sistema s parom termostatskih rezervoarjev s konstantnimi in stabilnimi temperaturnimi vrednostmi. Pri čemerdomneva se, da je temperatura prvega (grelnika) višja od temperature drugega (hladilnik). Carnotov cikel je sestavljen iz dejstva, da najprej termodinamični sistem, ki ima na začetku določeno toplotno vrednost, pride v stik z grelcem. Nato z neskončno počasnim zmanjševanjem tlaka v njem nastane kvazistatična ekspanzija, ki jo spremlja izposoja toplote iz grelnika in odpornost na zunanji pritisk.
Po tem se sistem izolira, kar spet povzroči kvazistatično adiabatsko raztezanje v njem, dokler njegova temperatura ne doseže temperature hladilnika. Pri tej vrsti raztezanja določeno delo upora proti zunanjemu pritisku opravlja tudi termodinamični sistem. V tem stanju pride sistem v stik s hladilnikom in se z nenehnim povečevanjem tlaka stisne do določene točke, zaradi česar nato v celoti prenese toplotno energijo, izposojeno od grelnika, v drugi rezervoar. Carnotov cikel je edinstven po tem, da ga ne spremljajo nobene toplotne izgube. Teoretično lahko takšno shemo imenujemo večni motor. To je zato, ker bo toplotna učinkovitost Carnotovega cikla, odvisna samo od temperature para rezervoarjev, vedno najvišja možna. Vendar še nikomur ni uspelo ustvariti stroja, katerega toplotna učinkovitost bi presegla trideset odstotkov tiste, ki jo dovoljuje ciklični proces Sadija Carnota.
In ta proces se imenuje idealen, ker jeveliko bolje kot drugi cikli lahko pretvori toploto v koristno delo. Po drugi strani pa je zaradi težav pri organizaciji in izvajanju izotermičnih procesov njegova uporaba v resničnih motorjih izjemno težka. Za maksimalno učinkovitost prenosa toplote mora biti tak stroj popolnoma izoliran od zunanjega okolja, kar je v resnici skoraj nemogoče.
Obratni Carnotov cikel temelji na principu delovanja toplotne črpalke, ki mora za razliko od hladilnika nekemu vročemu predmetu, kot je na primer ogrevalni sistem, dati čim več energije. Del toplote je izposojen iz okolja, ki ima nižjo temperaturo, preostanek potrebne energije se sprosti pri izvajanju mehanskega dela, kot je kompresor.
