Факт, что двигатели работают по циклу Карно, используется при доказательстве первой теоремы Карно. 13

Для доказательства рассматриваются две тепловые машины с общим нагревателем и холодильником, работающие по циклу Карно, но имеющие различные КПД. 1 Предположим, что КПД первой машины больше, чем у второй. 1 Тогда, запустив первую машину по прямому циклу Карно, а вторую по обратному (это всегда можно сделать вследствие обратимости цикла Карно) и соединив их вместе так, чтобы одна машина могла совершать работу над другой, можно будет в такой системе или получать механическую работу за счёт отбора теплоты от холодильника, или передавать часть теплоты от холодильника к нагревателю. 1

Как первый, так и второй результат работы такой системы противоречит второму началу термодинамики. 1 Таким образом, для всех тепловых машин, работающих по обратимому циклу Карно, их КПД должен быть одинаков при одинаковых температурах нагревателей и холодильников этих машин. 1