Carnotov kružni proces [kaʀnọ'~] (po Sadiju Carnotu), reverzibilni kružni proces u kojem radni termodinamički sustav idealnoga toplinskoga stroja prolazi kroz dva izotermna i dva adijabatska procesa prije nego što ponovno dođe u početno termodinamičko stanje. Sustav najprije izotermnim rastezanjem prima toplinsku energiju od toplinskoga spremnika temperature T1, a zatim adijabatskim rastezanjem dođe do temperature T2 hladnijega toplinskog spremnika. U ta dva stupnja povećavanja volumena (širenja, ekspanzije) sustav obavlja rad nad okolinom. Treći je stupanj izotermno sažimanje (kompresija) na temperaturi T2, pri čem sustav predaje toplinu hladnijemu spremniku. Do početnoga stanja na temperaturi T1 sustav dolazi adijabatskim sažimanjem. U dva stupnja sažimanja okolina obavlja rad nad sustavom, ali je on po iznosu manji od onoga iz prva dva stupnja širenja. Omjer toplina Q1 i Q2 koje radno tijelo idealnoga toplinskoga stroja izmjenjuje s toplijim i hladnijim spremnikom topline jednak je omjeru njihovih temperatura, dakle: Q1/Q2 = T1/T2.
Djelotvornost toplinskoga stroja koji radi po Carnotovu kružnome procesu ne ovisi o vrsti radne tvari, već ovisi samo o temperaturama: η = (T1 – T2)/T1. Nijedan stroj ne može imati veću djelotvornost od stroja koji radi po Carnotovu kružnome procesu ako radi između istih temperatura i nijedan stroj ne može svu primljenu toplinu pretvoriti u mehanički rad. To je Carnotov teorem, temelj drugoga zakona termodinamike.
