چرخه کارنو در موتورهای حرارتی، دنباله‌های ایده آل چرخشی حاصل از تغییرات فشار و دمای یک مایع، مانند گاز مورد استفاده در یک موتور، در اوایل قرن نوزدهم توسط مهندسی فرانسوی به نام سعدی کارنو طراحی شده است. این چرخه به عنوان استانداردی برای عملکرد تمام موتورهای حرارتی بین دمای بالا و پایین استفاده می شود.
در چنین چرخه‌ای، ماده‌ی داخل موتور که موجب انجام کار می‌شود، تحت چهار تغییر متوالی است: انبساط تحت حرارت دادن با دمای ثابت بالا؛ انبساط آدیاباتیک (بی در رو) برگشت پذیر؛ فشرده سازی با خنک کردن تحت دمای پایین ثابت؛ و فشرده سازی آدیاباتیک برگشت پذیر. موتور در هنگام انبساط در دمای بالا حرارت دریافت می‌کند (از منبع گرما). در طول انبساط آدیاباتیک برگشت پذیر کار انجام می‌شود. چرخه‌ی کارنو حرارت را (در سینک یا چاه حرارتی) در طی فشرده سازی در دمای پایین آزاد می‌کند و در طول فشردگی آدیاباتیک برگشت پذیر کار دریافت می‌کند. نسبت کار خالص خروجی به میزان گرما‌ی ورودی برابر است با نسبت اختلاف بین درجه حرارت بین چشمه و چاه گرما (heat source and the heat sink ) به دمای منبع گرما است. این موضوع، قاعده‌ی کلی کارنو را نشان می‌دهد که در آن در میان همه‌ی ماشین‌هایی که بین دو دمای متفاوت کار می‌کنند، چرخه‌ی کارنو بزرگ‌ترین نسبت را دارد.
