КПД теплового двигателя Карно считается наивысшим среди всех существующих циклов, потому что он является единственным равновесным и обратимым циклом среди всех возможных циклов, совершаемых при наличии нагревателя и холодильника. 1

Это следует из того, что в цикле Карно при расширении или сжатии газа используются процессы, которые позволяют исключить уменьшение энергии горячего тела, происходящее без совершения работы. 5 Для этого применяются изотермический и адиабатный процессы. 5

Кроме того, КПД цикла Карно является максимально возможным для всех тепловых двигателей с определённой температурой нагревателя и температурой холодильника. 4 Это следует из второй теоремы Карно, которая утверждает, что КПД любой тепловой машины не может быть больше КПД машины, работающей по циклу Карно с теми же температурами нагревателя и холодильника. 1