卡諾循環是由四個循環過程組成，兩個絕熱過程和兩個等溫過程。它是1824年N.L.S.卡諾（見卡諾父子）在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的?？ㄖZ假設工質只與兩個恒溫熱源交換熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準靜態過程，工質從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫熱源放熱應是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。作卡諾循環的熱機叫做卡諾熱機。
卡諾進一步證明了下述卡諾定理：①在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機的效率都相等 ，與工作物質無關，其中T1、T2分別是高溫和低溫熱源的絕對溫度。②在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率不可能大于可逆卡諾熱機的效率?？赡婧筒豢赡鏌釞C分別經歷可逆和不可逆的循環過程。
卡諾定理闡明了熱機效率的限制，指出了提高熱機效率的方向（提高T1，降低T2，減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環盡量接近卡諾循環），成為熱機研究的理論依據。熱機效率的限制、實際熱力學過程的不可逆性及其間聯系的研究，導致熱力學第二定律的建立。在卡諾定理基礎上建立的與測溫物質及測溫屬性無關的絕對熱力學溫標，使溫度測量建立在客觀的基礎之上。此外，應用卡諾循環和卡諾定理，還可以研究表面張力、飽和蒸氣壓與溫度的關系及可逆電池的電動勢等。還應強調，卡諾這種撇開具體裝置和具體工作物質的抽象而普遍的理論研究，已經貫穿在整個熱力學的研究之中。
逆卡諾循環奠定了制冷理論的基礎，逆卡諾循環揭示了空調制冷系數（俗稱EER或COP）的極限。一切蒸發式制冷都不能突破逆卡諾循環。
