Spomedzi všetkých cyklických termodynamických procesov má Carnotov cyklus osobitný teoretický význam a praktické využitie. Často sa to nazýva neprekonateľné, skvelé, ideálne atď. A pre mnohých sa to vo všeobecnosti zdá byť niečo tajomné a nepochopiteľné. Ak sú však všetky akcenty správne umiestnené, okamžite sa otvorí všetka jednoduchosť, genialita a krása tohto vynálezu, ktorý objavil francúzsky vedec a inžinier Sadi Carnot. A bude jasné, že v procese, ktorý navrhol, nie je nič nadprirodzené, ale iba čo najefektívnejšie využitie niektorých zákonov prírody.
Aký je teda vlastne ten slávny a tajomný Carnotov cyklus? Možno ho definovať ako kvázistatický proces založený na privedení termodynamického systému do tepelného kontaktu s dvojicou termostatických nádrží s konštantnými a stabilnými hodnotami teploty. V čompredpokladá sa, že teplota prvého (ohrievača) prevyšuje teplotu druhého (chladnička). Carnotov cyklus spočíva v tom, že najprv sa termodynamický systém, ktorý má na začiatku určitú tepelnú hodnotu, dostane do kontaktu s ohrievačom. Potom nekonečne pomalým poklesom tlaku v ňom vzniká kvázistatická expanzia sprevádzaná výpožičkou tepla z ohrievača a odolnosťou voči vonkajšiemu tlaku.
Potom je systém izolovaný, čo v ňom opäť spôsobí kvázistatické adiabatické rozpínanie, kým jeho teplota nedosiahne teplotu chladničky. Pri tomto type expanzie vykonáva určitú prácu odolnosti voči vonkajšiemu tlaku aj termodynamický systém. V tomto stave sa systém dostane do kontaktu s chladničkou a neustálym zvyšovaním tlaku sa stlačí do určitého bodu, v dôsledku čoho potom tepelnú energiu vypožičanú z ohrievača úplne odovzdá do druhého zásobníka. Carnotov cyklus je výnimočný tým, že ho nesprevádzajú žiadne tepelné straty. Teoreticky možno takúto schému nazvať perpetum mobile. Je to preto, že tepelná účinnosť Carnotovho cyklu, v závislosti výlučne od teplôt dvojice nádrží, bude vždy najvyššia možná. Nikomu sa však ešte nepodarilo vytvoriť stroj, ktorého tepelná účinnosť by prekročila tridsať percent tej, ktorú umožňuje cyklický proces Sadiho Carnota.
A tento proces sa nazýva ideálny práve pretooveľa lepšie ako iné cykly dokáže premeniť teplo na užitočnú prácu. Na druhej strane, kvôli ťažkostiam pri organizovaní a vykonávaní izotermických procesov je jeho aplikácia v reálnych motoroch mimoriadne náročná. Pre maximálnu účinnosť prenosu tepla musí byť takýto stroj úplne izolovaný od vonkajšieho prostredia, čo je v skutočnosti takmer nemožné.
Reverzný Carnotov cyklus je základom princípu činnosti tepelného čerpadla, ktoré na rozdiel od chladničky musí dodať čo najviac energie nejakému horúcemu predmetu, akým je napríklad vykurovací systém. Časť tepla sa vypožičiava z prostredia, ktoré má nižšiu teplotu, zvyšok potrebnej energie sa uvoľňuje pri výkone mechanickej práce, ako je kompresor.
