Hiệu suất nhiệt của động cơ nhiệt là thước đo hiệu suất được thực hiện bằng cách lấy tỷ số giữa lượng năng lượng được tạo ra với lượng nhiệt năng đầu vào từ một nguồn, thường được biểu thị bằng phần trăm. Ví dụ: nếu bạn nạp 1000 Joules năng lượng qua nhiên liệu, nhưng chỉ nhận được 500 Joules năng lượng, thì hiệu suất nhiệt của bạn là 50 phần trăm.
Động cơ nhiệt biến đổi bất kỳ năng lượng nhiệt đầu vào nào thành cơ năng, nhưng quá trình này không hoàn toàn hoàn hảo; một phần nhiệt năng được thải ra môi trường dưới dạng nhiệt thải, và một phần bị mất đi do ma sát cơ học trong chính động cơ. Các động cơ nhiệt tốt nhất có hiệu suất khoảng 50%, có nghĩa là phần lớn năng lượng nhiệt đầu vào cuối cùng trở thành lãng phí tài nguyên.
Ngay cả trong một động cơ lý tưởng, không có ma sát, định luật thứ hai của nhiệt động lực học đặt ra các giới hạn về hiệu suất tối đa của động cơ. Hiệu suất này được gọi là hiệu suất Carnot, có thể được tính toán trước tiên bằng cách xác định tỷ số giữa nhiệt độ tuyệt đối của môi trường mà động cơ nhiệt thải ra dưới dạng nhiệt thải, Tc, và nhiệt độ tuyệt đối mà nhiệt đi vào động cơ, Th, và trừ đi tỷ lệ từ 1.
