Ideálisan jó gépnek azt tekinthetjük, amely a beléje vezetett összes energiát felemészti és visszaadja tetszésünk szerint hasznosítható munka alakjában. A valóságban még a legtökéletesebb gép is távol áll ezen ideálisjóságtól. Először is nem emészti fel a bevezetett összes energiát, másodszor meg a felemésztett energia fejében sem ad vele egyenlő értékű hasznos munkát.
A hasznos munkának a gépbe vezetett energiához való viszonyát, vagyis azt a számot, amely megmutatja, hogy a gép adta munka hányadrésze a gépbe juttatott energiának, a gép hatásfoká-nak nevezzük. A fenti állítás szerint minden gép hatásfoka kisebb az egységnél. De minél jobban megközelíti az egységet, vagyis minél nagyobb valódi tört, annál tökéletesebb a gép. Természetes tehát, hogy a technika lehető nagy hatásfokú gépek előállítására törekszik. E törekvésben elméleti meggondolások az irányadók. Érdemes megismerkedni azokkal a gondolatokkal, amelyeknek gyakorlati értékesítése jelentékenyen növeli a hatásfokot.
A különböző gépekbe különböző módokon jut az energia. így a szélmalmok a levegő mozgási energiáját, a vízi kerekek, a turbinák a víz mozgási és helyzeti energiáját, a gőzgépek a hőenergiát használják fel. Vizsgáljuk közelebbről ezeket az energiafelvételeket.
A levegőrészek bizonyos sebességgel ütődnek a szélmalom kerekébe. De a sebességüknek megfelelő összes energiájukat nem adják át a keréknek, mert a keréktől bizonyos sebességgel haladnak tovább. Tehát csak a sebességcsökkenésüknek megfelelő energiát adják le. Az alulcsapó vízikerekeknél ugyanígy áll a dolog, csak levegőrészek helyett vízrészeket kell gondolni.
A felülcsapó vízikerekeknél a víz helyzeti energiája szerepel. A kerekeknek csak azon magasságkülönbségnek megfelelő energia adódik át, amely magasságkülönbséget a víznek a kerékre hullása előtti és a kerékről leömlése utáni helyzete jelöl meg. Ez csak egy kis tört része annak az energiának, amellyel a víz a tenger színe feletti magasságánál fogva bír, és még sokkal kisebb tört része annak, amellyel a föld középpontjától való távolságánál fogva rendelkezik.
Ilyenformán áll a dolog a gőzgépeknél is. A dugattyúhengerbe magas hőfokú, sok meleget tartalmazó gőz jut, mely a dugattyú-mozgatás közben veszít a melegéből, lehűl bizonyos fokig, de aztán a bennemaradó meleget átadja a külső levegőnek, vagy a kondenzátornak. A gép tehát csak a melegségkülönbségnek megfelelő energiát emészti fel.
Ismerkedjünk meg közelebbről a gőzgépben végbemenő folyamattal.
Ha valamely test a változásoknak egy bizonyos során megy keresztül, de úgy, hogy utolsó állapota teljesen megegyezik az elsővel, melyből kiindult, akkor azt mondjuk, hogy körfolyamatnak volt alávetve. Természetes, hogy valamely testtel sokféle módon végeztethetünk körfolyamatot. E körfolyamatok közt van egy legnevezetesebb, az úgynevezett Carnot-féle körfolyamat.
Képzeljük, hogy van egy bizonyos ideális gáztömeg, melynek abszolut ($-{273}^{\circ }$ C-tól számított) hőmérséklete $T_1$. Ez a gáztömeg olyan edényben van elzárva, amelynek falai nagyon könnyen átbocsátják a meleget és amelynek egyik fala pl. egy könnyen mozgatható dugattyú, úgy hogy az edény térfogata változhatik. Ezt az edényt érintkezésbe hozhatjuk igen nagy térfogatú, jó melegvezető testtel, pl. higannyal, melyről feltesszük, hogy ha meleget von el tőle edényünk, vagy ha meleget ad át neki, azért a hőmérséklete nem változik. Tehát az edényünkben elzárt gáz melegátadása vagy melegfelvétele izothermikusan történhetik.
Hozzuk érintkezésbe edényünket ezzel a $T_1$ hőmérsékletű, nagy meleg-rezervoárral s egyik falára, a dugattyúra, ható külső nyomás kisebbítésével engedjük a gázt egy darabig kiterjeszkedni. A gáz ezen kiterjeszkedése közben állandóan $T_1$ hőmérsékleten marad, végez bizonyos $L_1$ külső munkát és ennek megfelelően $Q_1$ meleget felvesz a rezervoárból. Ezután edényünket elvesszük a hőrezervoártól, körülvesszük valami olyan burokkal, amely a meleget nem bocsátja át, s ekkor a gázt még tovább engedjük kiterjeszkedni, Ezen kiterjeszkedése közben ismét munkát végez, mondjuk $L_2$-t, és minthogy hőt át nem bocsátó edényben, vagyis, mint mondani szoktuk, adiabatikusan terjedt ki, lehűlt bizonyos $T_2$ hőmérsékre. Ekkor az edényről levesszük a külső burkot s érintkezésbe hozzuk előbbi nagy rezervoárunkkal, melynek időközben a hőmérsékletét $T_2$-re szállítottuk, aztán a gázt, bizonyos $L_3$ külső munka kifejtésével, lassan összébb nyomjuk. Eközben a gáz állandóan $T_2$ hőmérsékleten marad, azaz változása izothermikus; S hogy ez így lehessen, az $L_3$ külső munkának megfelelőleg, átad bizonyos $Q_2$ meleget a rezervoárnak. A térfogatkisebbítést csak addig folytatjuk, hogy ha most elválasztjuk edényünket a rezervoártól és körülvesszük megint a hőt át nem bocsátó burokkal, és $L_4$, külső munka végezésével összenyomjuk az eredeti térfogatára, akkor a hőmérséklete az eredeti $T_1$ legyen.
Ilyen módon a gáz két izothermikus és két adiabatikus változáson át visszajutott az eredeti állapotába Az ilyen folyamat Carnot-féle körfolyamat.
E folyamat közben a gáz, terjeszkedése folytán $L_1+L_2$ munkát végzett, mi pedig összenyomásakor $L_3+L_4$ munkát fejlettünk ki. Minthogy a kiterjeszkedés térfogata épp annyi, mint az összenyomásé és minthogy a kiterjeszkedés magasabb hőmérséklet, tehát nagyobb középnyomás mellett történt, mint az összeszorítás, következik, hogy a gáz végezte $L_1+L_2$ munka nagyobb, mint a mi $L_3+L_4$ munkánk. Azaz a gáz a Carnot-féle körfolyamat végezése közben munkát adott le. Ezt, az energia megmaradása elve szerint, az elhasznált meleg rovására tehette. Az elhasznált meleg pedig a felvett és leadott meleg különbsége, vagyis $Q_1-Q_2$.
Ha a körfolyamat közben leadott munkát viszonyba állítjuk a felvett energiával, vagy, a mi egyre megy, a folyamat alatt felemésztett meleget a bevezetett meleggel, megkapjuk a folyamat elméleti hatásfokát: