בין כל התהליכים התרמודינמיים המחזוריים, למחזור קרנו יש משמעות תיאורטית מיוחדת ויישום מעשי. לעתים קרובות זה נקרא בלתי מתגבר, נהדר, אידיאלי וכו'. ולרבים, זה בדרך כלל נראה משהו מסתורי ובלתי מובן. עם זאת, אם כל המבטאים ממוקמים נכון, אז כל הפשטות, הגאונות והיופי של ההמצאה הזו, שהתגלתה על ידי המדען והמהנדס הצרפתי סאדי קרנו, ייפתחו מיידית. ויתברר שאין שום דבר על טבעי בתהליך שהציע, אלא רק שימוש יעיל ביותר בכמה חוקי הטבע.
אז מהו בעצם מחזור הקרנו המפורסם והמסתורי? ניתן להגדיר זאת כתהליך מעין סטטי המבוסס על הבאת מערכת תרמודינמית למגע תרמי עם זוג מכלים תרמוסטטיים בעלי ערכי טמפרטורה קבועים ויציבים. איפהההנחה היא שהטמפרטורה של הראשון (מחמם) עולה על זו של השני (מקרר). מחזור קרנו מורכב מהעובדה שמערכת תרמודינמית, שתחילה בעלת ערך תרמי מסוים, באה במגע עם מחמם. ואז, על ידי ירידה איטית לאין שיעור בלחץ, נגרמת בו התפשטות מעין סטטית, המלווה בהשאלת חום מהמחמם והתנגדות ללחץ חיצוני.
לאחר מכן המערכת מבודדת, מה שגורם שוב להתרחבות אדיאבטית מעין סטטית עד שהטמפרטורה שלה מגיעה לזו של המקרר. עם סוג זה של התפשטות, עבודה מסוימת של התנגדות ללחץ חיצוני מתבצעת גם על ידי המערכת התרמודינמית. במצב זה המערכת מביאה למגע עם המקרר, ועל ידי הגדלת הלחץ מתמשכת היא נדחסת לנקודה מסוימת, וכתוצאה מכך היא מעבירה במלואה את האנרגיה התרמית שנשאלה מהמחמם למאגר השני. מחזור קרנו ייחודי בכך שאינו מלווה באיבוד חום כלשהו. תיאורטית, תוכנית כזו יכולה להיקרא מכונת תנועה תמידית. הסיבה לכך היא שהיעילות התרמית של מחזור קרנו, תלויה אך ורק בטמפרטורות של צמד המיכלים, תמיד תהיה הגבוהה ביותר האפשרית. עם זאת, אף אחד עדיין לא הצליח ליצור מכונה שהיעילות התרמית שלה תעלה על שלושים אחוז מזו המותרת בתהליך המחזורי של סאדי קרנו.
ותהליך זה נקרא אידיאלי בגלל שהואהרבה יותר טוב מאשר מחזורים אחרים מסוגל להמיר חום לעבודה שימושית. מאידך, בשל הקשיים בארגון וביצוע תהליכים איזוטרמים, היישום שלו במנועים אמיתיים קשה ביותר. ליעילות מרבית של העברת חום, מכונה כזו חייבת להיות מבודדת לחלוטין מהסביבה החיצונית, מה שבמציאות כמעט בלתי אפשרי.
מחזור הקרנו ההפוך עומד בבסיס עקרון הפעולה של משאבת חום, שבניגוד למקרר, חייבת לתת כמה שיותר אנרגיה לחפץ חם כלשהו, כמו מערכת חימום. חלק מהחום מושאל מהסביבה, שטמפרטורה נמוכה יותר, שאר האנרגיה הנדרשת משתחררת במהלך ביצוע עבודה מכנית, כמו מדחס.
