Među svim cikličkim termodinamičkim procesima, Carnotov ciklus ima poseban teorijski značaj i praktičnu primjenu. Često se naziva nenadmašnim, sjajnim, idealnim itd. I mnogima se općenito čini nešto misteriozno i neshvatljivo. Međutim, ako su svi akcenti pravilno postavljeni, tada će se odmah otvoriti sva jednostavnost, genijalnost i ljepota ovog izuma, koji je otkrio francuski naučnik i inženjer Sadi Carnot. I postat će jasno da u procesu koji je predložio nema ničeg natprirodnog, već samo najefikasnije korištenje nekih zakona prirode.
Pa šta je zapravo poznati i misteriozni Carnotov ciklus? Može se definisati kao kvazistatički proces koji se zasniva na dovođenju termodinamičkog sistema u termički kontakt sa parom termostatskih rezervoara koji imaju konstantne i stabilne vrednosti temperature. Gdepretpostavlja se da je temperatura prvog (grijača) veća od temperature drugog (frižider). Carnotov ciklus se sastoji u tome da prvo termodinamički sistem, koji u početku ima određenu termičku vrijednost, dolazi u kontakt sa grijačem. Zatim, beskonačno sporim smanjenjem pritiska u njemu se izaziva kvazistatičko širenje, praćeno pozajmljivanjem toplote iz grejača i otpornošću na spoljašnji pritisak.
Nakon toga, sistem se izoluje, što opet izaziva kvazistatičko adijabatsko širenje u njemu dok njegova temperatura ne dostigne temperaturu frižidera. Kod ove vrste ekspanzije, određeni rad otpora na vanjski pritisak obavlja i termodinamički sistem. U tom stanju sistem se dovodi u kontakt sa frižiderom i kontinuiranim povećanjem pritiska se komprimira do određene tačke, usled čega zatim u potpunosti prenosi toplotnu energiju pozajmljenu od grejača u drugi rezervoar. Carnotov ciklus je jedinstven po tome što nije praćen gubitkom toplote. Teoretski, takva shema se može nazvati vječnim motorom. To je zato što će termička efikasnost Carnot ciklusa, u zavisnosti isključivo od temperature para rezervoara, uvek biti najveća moguća. Međutim, još niko nije uspeo da stvori mašinu čija bi termička efikasnost premašila trideset posto one koju dozvoljava ciklički proces Sadi Carnot-a.
I ovaj proces se naziva idealnim zato štomnogo bolje od drugih ciklusa može pretvoriti toplinu u koristan rad. S druge strane, zbog poteškoća u organizaciji i izvođenju izotermnih procesa, njegova primjena u stvarnim motorima je izuzetno teška. Za maksimalnu efikasnost prijenosa topline, takva mašina mora biti potpuno izolirana od vanjskog okruženja, što je u stvarnosti gotovo nemoguće.
Obrnuti Carnotov ciklus je u osnovi principa rada toplotne pumpe, koja, za razliku od frižidera, mora dati što više energije nekom vrućem objektu, kao što je sistem grijanja. Deo toplote se pozajmljuje iz okoline koja ima nižu temperaturu, ostatak potrebne energije se oslobađa tokom obavljanja mehaničkog rada, kao što je kompresor.
