Entre tots els processos termodinàmics cíclics, el cicle de Carnot té un significat teòric i una aplicació pràctica especials. Sovint s'anomena insuperable, genial, ideal, etc. I per a molts, en general, sembla una cosa misteriós i incomprensible. Tanmateix, si tots els accents estan col·locats correctament, llavors tota la simplicitat, el geni i la bellesa d'aquest invent, que va ser descobert pel científic i enginyer francès Sadi Carnot, s'obrirà a l'instant. I quedarà clar que no hi ha res sobrenatural en el procés que va proposar, sinó només l'ús més eficient d'algunes lleis de la naturalesa.
Llavors, què és realment el famós i misteriós cicle de Carnot? Es pot definir com un procés quasi estàtic basat en posar un sistema termodinàmic en contacte tèrmic amb un parell de dipòsits termostàtics amb valors de temperatura constants i estables. Onse suposa que la temperatura del primer (escalfador) supera la del segon (nevera). El cicle de Carnot consisteix en el fet que primer un sistema termodinàmic, inicialment amb un valor tèrmic determinat, entra en contacte amb un escalfador. Aleshores, per una disminució infinitament lenta de la pressió, s'hi provoca una expansió quasi estàtica, acompanyada de l'adquisició de calor de l'escalfador i la resistència a la pressió externa.
Després d'això, el sistema s'aïlla, la qual cosa torna a provocar-hi una dilatació adiabàtica quasi estàtica fins que la seva temperatura arriba a la de la nevera. Amb aquest tipus d'expansió, també es realitza un cert treball de resistència a la pressió externa pel sistema termodinàmic. En aquest estat, el sistema es posa en contacte amb la nevera i, augmentant contínuament la pressió, es comprimeix fins a un punt determinat, de manera que després transfereix completament l'energia tèrmica prestada de l'escalfador al segon dipòsit. El cicle de Carnot és únic perquè no va acompanyat de cap pèrdua de calor. Teòricament, aquest esquema es pot anomenar una màquina de moviment perpetu. Això és degut a que l'eficiència tèrmica del cicle de Carnot, depenent únicament de les temperatures del parell de dipòsits, serà sempre la més alta possible. Tanmateix, encara ningú ha aconseguit crear una màquina l'eficiència tèrmica de la qual superés el trenta per cent de la que permet el procés cíclic de Sadi Carnot.
I aquest procés s'anomena ideal perquè és aixímolt millor que altres cicles és capaç de convertir la calor en treball útil. D' altra banda, a causa de les dificultats per organitzar i dur a terme processos isotèrmics, la seva aplicació en motors reals és extremadament difícil. Per obtenir la màxima eficiència de transferència de calor, aquesta màquina ha d'estar completament aïllada de l'entorn extern, cosa que en realitat és gairebé impossible.
El cicle invers de Carnot es basa en el principi de funcionament d'una bomba de calor, que, a diferència d'una nevera, ha de donar la màxima energia possible a algun objecte calent, com un sistema de calefacció. Una part de la calor es pren prestada de l'ambient, que té una temperatura més baixa, la resta de l'energia necessària s'allibera durant la realització de treballs mecànics, com ara un compressor.
