フランスの物理学者S.カルノー（1753～1823）によって提唱された熱力学の理想サイクルで、作動物質が断熱圧縮、等温膨張（温度はT₁で一定）、断熱膨張、等温圧縮（温度T₂で一定）により成り立つ可逆サイクルである。カルノーサイクルの熱効率は（T₁-T₂）/T₁で表され、T₁K、T₂Kとなる高低両熱源の間で熱エネルギーを他の種類のエネルギーに変換するどのようなサイクルもカルノー効率を上回ることはできない。日本の電力供給の約9割を占める火力発電と原子力発電は蒸気タービンを用いた発電であるが、その熱サイクルはランキンサイクル（rankine cycle）と呼ばれ、ポンプによる加圧（断熱的）、ボイラー（あるいは原子炉）内における加熱、蒸発と加熱蒸気、蒸気タービンによる膨張過程、凝縮器内の廃熱のサイクルで成り立っている。近年、普及が進んでいるガスタービンによる発電は、ブレイトンサイクル（Brayton cycle）と呼ばれ、断熱圧縮、等圧加熱、断熱膨張、等圧冷却により成り立っている。そのほか往復動熱機関の熱サイクルとしてオットーサイクル（Otto cycle）、ディーゼルサイクル（diesel cycle）、スターリングサイクル（Stirling cycle）などがある。