Carnot ciklas yra idealizuotas termodinaminis ciklas, apibūdinantis tobulą šilumos variklį. Visi tikrieji šiluminiai varikliai yra netobuli teorinio tobulumo, kurį įkūnija Carnot ciklas, apytiksliai. Carnot cikle ne visa šilumos energija paverčiama mechaniniu darbu, bet didelė dalis yra didžiausia dalis, kurią leidžia fizikiniai dėsniai.
Šilumos variklis gamina darbą iš dviejų rezervuarų temperatūrų skirtumo. Degimo variklyje vienas rezervuaras yra variklio viduje sukuriama šiluma (šaltinis), o kitas – išorinėje aplinkoje (kriauklė). Šaltinio generuojama šiluma priverčia balione esančios dujos išsiplėsti ir varyti veikiantį stūmoklį. Termodinaminė dujų būsena – besiplečianti, bet esant pastoviai temperatūrai – vadinama izotermine.
Galiausiai šilumos šaltinis pašalinamas ir dujos nustoja taip greitai plėstis. Jei šiluma būtų nuolat palaikoma, cilindras sprogtų. Pasiekusios didžiausią tūrį dujos pradeda kristi temperatūra ir nebeveikia stūmoklio. Tai vadinama adiabatiniu dujų išsiplėtimu. Tada stūmoklis keičia savo kursą, suspausdamas dujas, kol jis pradeda pasiekti maksimalią temperatūrą ir fizinį pasipriešinimą dėl jame esančios šilumos, grąžindamas sistemą į pradinę būseną. Tada ciklas prasideda iš naujo.
Yra daug įvairių šilumos variklių tipų. Viskas veikia pagal pažįstamą temperatūros gradientą tarp šaltinio ir kriauklės. Siekiant maksimaliai padidinti šilumos variklių efektyvumą, jie turi būti gerai izoliuoti. Daugumoje šiandien naudojamų variklių dujos išlieka dujomis viso ciklo metu, tačiau garo varikliuose vyksta fazės pasikeitimas tarp skysčio ir dujų.
Tobulame Carnot cikle visi keturi žingsniai vyksta labai lėtai, kad būtų sumažinta proceso sukuriama entropija arba termodinaminis negrįžtamumas. Tiesą sakant, žingsniai greitai progresuoja ir sukuriama entropija, o tai reiškia, kad ciklas negali tęstis amžinai. Degraduoja cilindro sienelės, šiluma iš variklio vidaus patenka į išorinę aplinką ir pan. Carnot ciklas gali būti paleistas atvirkštine tvarka, kad būtų sukurtas šaldytuvas.