Soojusmasin on seade, mida kasutatakse soojusenergia ehk soojuse muundamiseks mehaaniliseks tööks. Seda tehakse siis, kui kuumast allikast pärinev soojus läheb läbi mootori enda ja külma kraanikaussi. Külm valamu on termodünaamilise tsükli madalama temperatuuriga osa, näiteks Rankine’i tsüklis või aurutsüklis leiduv kondensatsiooniseade. Soojusmasinaid on palju erinevat tüüpi, millest igaühel on oma konkreetne tsükkel. Mõned soojusmootorite näited hõlmavad auru- ja sisepõlemismootoreid koos Stirlingi mootorite ja gaasiturbiinidega.
Tavaliselt aetakse soojusmootor segamini mootoris endas toimuva termodünaamilise tsükliga. Seda peamiselt seetõttu, et soojusmootoreid liigitatakse sageli nende spetsiifiliste termodünaamiliste tsüklite järgi. Seadet ennast, mis muundab soojusenergia tööle, nimetatakse “mootoriks”, samas kui mootorile rakendatav termodünaamiline mudel on “tsükkel”. Seetõttu ei nimetata aurumasinaid Rankine’i mootoriteks.
Tõhus soojusmootor püüab võimalikult hästi oma vastavat tsüklit jäljendada. Mida suurem on temperatuuride erinevus kuuma allika ja külma valamu vahel tsükli jooksul, seda tõhusam on mootor. Näiteks on tõhusa aurumasina jaoks vaja nii kõrge temperatuuriga soojusallikat kui ka madala temperatuuriga külmvalamu. Rankine tsüklis kasutab boiler vee auruks muundamiseks kõrge temperatuuriga põletit. See aur läbib mootori ja kondenseerub seejärel madala temperatuuriga kondensaatori kaudu uuesti vette.
Mida külmem on kondensaator, seda rohkem auru kondenseerub vette tagasi. Selle põhjuseks on asjaolu, et kondensaatorid on loodud katla läbiviidava küllastusprotsessi tõhusaks ümberpööramiseks. See aitab saavutada suuremat kondenseerumiskiirust; mida kõrgem on määr, seda rohkem vett tagastatakse. See aitab suurendada aurutsükli üldist tõhusust.
Kuigi soojusmootori efektiivsust saab suurel määral optimeerida kuuma allika ja külma valamu vahelise suure temperatuurierinevuse kaudu, on see siiski piiratud. Selle põhjuseks on asjaolu, et külma valamu temperatuur sõltub seda ümbritsevast temperatuurist, mida mõnel juhul ei saa jahutada ideaalsete tingimusteni. Tänu sellele on soojusmasina kasutegur piiratud külmvalamu temperatuuripiiridega. Levinud lahendus sellele on kuumaallika temperatuuri tõstmine; kuid isegi see piirdub materjali tugevuse puudumisega kõrgetel temperatuuridel.
Soojusmootori efektiivsus varieerub sõltuvalt konkreetsest mootorist ja tsüklist. Soojusefektiivsus jääb vahemikku 3% kuni umbes 70%, automootorite soojustõhusus on umbes 25%. Tõhusamad soojusmasinad on suurtes elektrijaamades, kus elektri tootmiseks kasutatakse nii gaasi- kui ka auruturbiine.