Entre las diversas formas en que se puede realizar un ciclo hay una en particular denominada ciclo de Carnot, llamado así por Sadi Carnot (1796-1832), físico francés notable por sus trabajos en termodinámica, que fue el primero en demostrar la relación cuantitativa entre trabajo y calor.
El ciclo de Carnot está formado por cuatro procesos: dos isotérmicos alternados con dos adiabáticos. En la figura se representa el ciclo para un gas ideal y consiste en los siguiente. En la primera etapa se produce una expansión isotérmica representada por la curva AB. El gas absorbe el calor de una fuente que se encuentra a
. En la segunda etapa, la curva BC, se presenta una expansión adiabática, por lo que la temperatura disminuye a
. En la tercera etapa, curva CD, se da una compresión isotérmica, en el cual el gas cede calor
a la fuente fría que se encuentra a
. Finalmente en la cuarta etapa, la curva DA, se presenta una compresión adiabática para regresar a las condiciones iniciales.
La importancia del ciclo de Carnot reside en que establece que ninguna máquina térmica que opere entre dos fuentes a y
puede tener mayor rendimiento que una máquina ideal de Carnot que trabaje entre estas mismas temperaturas.

Existen tres clases principales de máquinas térmicas: las de vapor, los motores de combustión interna y los motores de reacción, pero independientemente del tipo de que se trate, su principio de funcionamiento es el mismo.