卡诺定理是热力学中阐述热机最大效率的物理定律，由法国工程师尼古拉·卡诺在1824年著作《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》中首次提出。其数学表达式为η=1-Tc/Th，其中Tc、Th分别代表低温源与高温源的绝对温度。该定理基于卡诺循环这一理想热机模型，指出所有工作于两个固定热源之间的热机效率以可逆卡诺热机为最高值。

卡诺定理是热力学中的一个定理，说明热机的最大热效率只和其高温热源和低温热源的温度有关。此定理以尼古拉·卡诺为名。

根据卡诺定理，则

依卡诺定理可得到一热机的最大热效率（也称作卡诺效率）为

其中TC为低温热源的绝对温度，TH为高温热源的绝对温度。上式的热效率是指热机产生的功和高温热源提供能量的比值。上述定律其实是热力学第二定律的结果。不过当初在推导此定律时是以热质说为基础，且以此定律为基础建立热力学第二定律。

热力学，全称热动力学（法语：thermodynamique，德语：Thermodynamik，英语：thermodynamics，源于古希腊语θερμός及δύναμις）是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科；它着重研究物质的平衡状态以及与准平衡态的物理、化学过程。热力学定义许多宏观的物理量（像温度、内能、熵、压强等），描述各物理量之间的关系。热力学描述数量非常多的微观粒子的平均行为，其定律可以用统计力学推导而得。

热力学可以总结为四条定律：

热力学可以应用在许多科学及工程的领域中，例如：引擎、相变化、化学反应、输运现象甚至是黑洞。热力学计算的结果不但对物理的其他领域很重要，对航空工程、航海工程、车辆工程、机械工程、细胞生物学、生物医学工程、化学、化学工程及材料科学等科学技术领域也很重要，甚至也可以应用在经济学中。

有关卡诺定理是否能应用在燃料电池，至今科学家还没有达成共识。凯斯西储大学的教授认为“由于燃料电池中的电化学反应不涉及将热能转换为机械能，因此不受卡诺定理的限制”。不过K. T. Jacob及Saurabh Jain则认为“传统的观点认为燃料电池不受卡诺定理的限制，不过最近几篇论文都认为热力学第二定律不但限制热机的效率，也以同样方式限制燃料电池的效率”。