Dieser Kreisprozess wurde 1824 von dem französischen Physiker und Ingenieur Sadi Carnot zum systematischen Studium der Vorgänge an der Watt´schen Dampfmaschine vorgeschlagen. Bis dahin existierten für die Dampfmaschine keine theoretischen Konstruktionsprinzipien, sondern nur Erfahrungswissen. Carnot hatte aber mit seinem Kreisprozess nicht nur die Dampfmaschine im Auge gehabt, sondern viel umfassender die Frage beantwortet, in welcher Reihenfolge welche thermodynamischen Zustandsänderungen ablaufen müssten, um aus einem bestimmten Quantum Wärme die größtmögliche mechanische Arbeit zu gewinnen. Ob dieser Prozess durch eine technische Anlage überhaupt zu realisieren ist, stand für Carnot auf einem ganz anderen Blatt. Die Erkenntnisse zur Qualität der Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie gelten aber deshalb jeweils für alle Arten von Wärmekraftmaschinen. Carnot erkannte als Erster, dass zur Gewinnung von mechanischer Arbeit aus Wärme mindestens ein Temperaturspeicher mit niedriger und einer mit hoher Temperatur zur Verfügung stehen muss.
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Carnot zerlegte den Arbeitsablauf in einer Dampfmaschine in vier thermodynamische Zustandsänderungen und entwickelte daraus über mathematische Überlegungen einen thermodynamischen Kreisprozess. Für diesen Prozess muss das Arbeitsmittel im Uhrzeigersinn (rechtslaufend) folgende vier reversible Zustandsänderungen:
1 → 2 isotherme Verdichtung bei gleichzeitiger Wärmeabfuhr
2 → 3 isentrope Verdichtung auf maximalen Prozessdruck
3 → 4 isotherme Expansion bei gleichzeitiger Wärmezufuhr
4 → 1 isentrope Expansion auf minimalen Prozessdruck
