卡諾熱機的迴圈過程：第一階段，溫度為的等溫膨脹過程，系統從高溫熱源吸收熱量；第二階段，絕熱膨脹過程，系統溫度從高降低；第三階段，溫度為的等溫壓縮過程，系統把熱量釋放給低溫熱源 ；第四階段，絕熱壓縮過程，系統溫度從低升高。　　卡諾熱機的效率：由定義η=A/Q知，η=1-T1/T2　　卡諾定理：⑴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，其效率都相等，與工作物質無關，與可逆迴圈的種類也無關。⑵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，其效率都小於可逆熱機的效率。　　先假設熱機I的效率大於可逆機R（這個假設是否合理，要從根據這個假定所得的結論是否合理來檢驗）。即ηI > ηk，因此得Ql > Q1’。　　今若以熱機I帶動卡諾可逆機R，使R逆向轉動，卡諾機成為製冷機，所需的功W由熱機I供給，如圖2.2所示：及從低溫熱源吸熱（Ql-W），並放熱Ql到高溫熱源。整個複合機迴圈一週後，在兩機中工作的物質均恢復原態，最後除熱源有熱量交換外，無其它變化。　　從低溫熱源吸熱：（Ql - W) - (Q1’ - W) = Ql-Q1’ > 0。　　高溫熱源得到的熱：Ql-Q1’。　　淨的結果是熱從低溫傳到高溫而沒有發生其它的變化。這違反熱力學第二定律的克勞修斯說法。所以最初的假設ηI>；ηk不能成立。因此應有ηI≤ηk 。這就證明了卡諾定理。也即卡諾熱機效率最高。