Carnot’ soojustsükkel, mida täpsemalt nimetatakse Carnot’ tsükliks, on idealiseeritud termodünaamiline tsükkel, mida kasutatakse kahe etteantud temperatuuri vahel töötava soojusmasina maksimaalse võimaliku efektiivsuse määramiseks. Seda kasutatakse teoreetilistel eesmärkidel, kuid tegelikult ei saa see füüsilistes süsteemides töötada. Kuigi teoreetiliselt võiks mootorit konstrueerida nii, et see töötaks peaaegu maksimaalse efektiivsuse juures, on soojusülekanne tsüklis liiga aeglane, et see oleks praktiline süsteem. Carnot’ tsükli peamine väärtus seisneb teist tüüpi soojusmasinate maksimaalse efektiivsuse määramises.
Carnot’ soojustsükli koostamisel lähtutakse kahest eeldusest, et anda sellele maksimaalne võimalik efektiivsus — kõik protsessid on pöörduvad ja entroopia ei muutu. Pööratav protsess on protsess, mille saab taastada algsesse olekusse ilma energiakadudeta. Entroopia on energia hulk süsteemis, mis ei ole töö tegemiseks kättesaadav. Termodünaamika teise seaduse kohaselt peab entroopia hulk süsteemis protsessi toimudes suurenema või jääma samaks. Kumbagi neist eeldustest ei saa looduslikes tingimustes täita, kuid need on kasulikud maksimaalse efektiivsuse määramisel.
Carnot’ kuumutustsüklis kordub neli protsessi. Esimene on isotermiline paisumine. „Isotermiline” tähendab, et temperatuur jääb kogu protsessi vältel samaks. Selle käigus suureneb maht ja rõhk väheneb ning süsteemi lisandub energiat.
Järgmine protsess on tuntud kui adiabaatiline laienemine. Adiabaatilistes protsessides süsteem soojust ei võta ega kaota. Temperatuuri muutused tekivad rõhu ja mahu muutuste tõttu. Selles konkreetses etapis vähendatakse rõhku ja suurendatakse mahtu, et vähendada temperatuuri.
Kolmandaks on isotermiline kokkusurumine. Selle protsessi käigus rõhk suureneb ja maht väheneb ning energia eemaldatakse süsteemist. Lõpuks tehakse adiabaatiline kokkusurumine, et taastada süsteem algsesse olekusse. Temperatuuri tõstmiseks suurendatakse rõhku ja vähendatakse mahtu.
Tulenevalt eeldusest, et entroopia ei muutu Carnot’ tsükli jooksul, võiks seda teha lõputult ja säilitada sama energiahulk iga kord, kui see algsesse olekusse naaseb. Kuid isegi selles idealiseeritud süsteemis on endiselt teatav entroopia, mis tähendab, et see ei saa olla 100% efektiivne. Carnot’ soojustsükli tegelikku efektiivsust saab arvutada selle maksimaalse ja minimaalse temperatuuri abil absoluutse või Kelvini (K) temperatuuriskaalal. Selles võrrandis lahutatakse miinimumtemperatuur maksimumist ja see arv jagatakse seejärel maksimaalse temperatuuriga.