การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนของการ์โนต์เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญอย่างยิ่งจุดหนึ่งของอุณหพลศาสตร์. โดยทั่วไปเครื่องจักรความร้อนจะเป็นเครื่องจักรชนิดเครื่องจักวนรอบ (cyclic device) นั่นคือเมื่อทำงานไปพักหนึ่ง สถานะของเครื่องจักรจะวนกลับเข้ามาที่สถานะเริ่มต้นใหม่ และจะวนไปมาเรื่อย ๆ. ทั้งนี้เนื่องจากจะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในกระบวนการการทำงานของเครื่องจักรเสมอ ถ้าเราสร้างเครื่องจักรให้เป็นชนิดไม่วนรอบ เมื่อทำงานไปเรื่อย ๆ ไม่หยุดอุณหภูมิก็จะมากขึ้นเรื่อย ๆ จนระเบิด (หรืออุณหภูมิลดลงเรื่อย ๆ จนถึงจุดเยือกแข็ง). ถ้าเรานิยามประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนเป็น อัตราส่วนของงานที่ได้รับต่อพลังงานที่ให้เครื่องจักร, โดยพลังงานที่ให้คือพลังงานความร้อนขาเข้า Q i n {\displaystyle Q_{in}\,\!} และพลังงานที่ได้รับ W {\displaystyle W\,\!} ดังรูปด้านข้าง เราสามารถเขียนในรูปสมการได้ว่า

E f f i c i e n c y = W / Q i n {\displaystyle Efficiency=W/Q_{in}\,\!}

เนื่องจากจะมีความร้อนส่วนหนึ่ง Q o u t {\displaystyle Q_{out}\,\!} ออกไปยังแหล่งกำเนิดอุณหภูมิระดับต่ำเสมอ และเนื่องจากเครื่องจักรความร้อนเป็นชนิดเครื่องจักรวนรอบ, ในแต่ละรอบการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของเครื่องจักรจึงเท่ากับศูนย์. จากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เราสามารถเขียนสมการงาน-พลังงานในแต่ละรอบของการทำงานของเครื่องจักรได้ดังนี้

0 = Q i n − Q o u t − W {\displaystyle 0=Q_{in}-Q_{out}-W\,\!} หรือ W = Q i n − Q o u t {\displaystyle W=Q_{in}-Q_{out}\,\!}

ฉะนั้นประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนคือ

E f f i c i e n c y = 1 − Q o u t / Q i n {\displaystyle Efficiency=1-Q_{out}/Q_{in}\,\!}

อนึ่ง การ์โนต์ได้พิสูจน์ไว้ในผลงานของเขาว่า เมื่อกำหนดแหล่งกำเนิดอุณหภูมิเดียวกัน เครื่องจักรการ์โนต์จะเป็นเครื่องจักรที่ให้พลังงานสูงสุด และมีค่าเท่ากับ

E f f i c i e n c y C a r n o t = 1 − T C / T H {\displaystyle Efficiency_{Carnot}=1-T_{C}/T_{H}\,\!}

(ดู ทฤษฎีบทของการ์โนต์) นั่นคือประสิทธิภาพของเครื่องจักรการ์โนต์จะขึ้นกับอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดอุณหภูมิสูง T H {\displaystyle T_{H}\,\!} และอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดอุณหภูมิต่ำ T C {\displaystyle T_{C}\,\!} เท่านั้น. โดยอุณหภูมิต้องวัดในหน่วยองศาสัมบูรณ์หรือหน่วยเคลวิน ในเวลาต่อมาเราทราบว่าทุก ๆ เครื่องจักรที่ผันกลับได้จะให้ประสิทธิภาพการทำงานสูงสุดเทียบเท่าเครื่องจักรการ์โนต์.

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สามารถกล่าวในบริบทของเครื่องจักรความร้อนได้ว่า ไม่มีเครื่องจักรความร้อนใดที่มีประสิทธิภาพ 100% (กฎข้อที่สองในรูปแบบของเคลวิน-พลังค์). อย่างไรก็ตามในทางทฤษฎี เราสามารถทำให้เครื่องจักรการ์โนต์มีประสิทธิภาพใกล้เคียง 100% เท่าใดก็ได้ โดยการกำหนดให้ T H {\displaystyle T_{H}\,\!} และ T C {\displaystyle T_{C}\,\!} แตกต่างกันมาก ๆ. แต่จากกฎข้อที่สองทำให้ T C {\displaystyle T_{C}\,\!} เป็นศูนย์ไม่ได้. และนี่คือที่มาของ กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ นั่นคือ อุณหภูมิ 0 องศาสัมบูรณ์ไม่สามารถเกิดขึ้นได้