Lorsque les scientifiques étudient les moteurs thermiques, ils trouvent des idées de moteurs qui ne peuvent pas être réellement construits. On les appelle des moteurs ou des cycles idéaux. Les vrais moteurs thermiques sont souvent confondus avec les moteurs ou cycles idéaux qu'ils tentent d'imiter.
En général, le terme "moteur" est utilisé pour décrire le dispositif physique. Pour décrire l'idéal, on utilise le terme "cycle".
On pourrait dire que le cycle thermodynamique est un cas idéal du moteur mécanique. On pourrait également dire que le modèle ne correspond pas tout à fait au moteur mécanique. Toutefois, les modèles simplifiés et les cas idéaux qu'ils peuvent représenter présentent de nombreux avantages.
D'une manière générale, plus la différence de température entre la source chaude et le puits froid est importante, plus le cycle ou le moteur est efficace. Sur Terre, le côté froid de tout moteur thermique est limité à la température de l'air de l'endroit où se trouve le moteur.
La plupart des efforts visant à améliorer l'efficacité des moteurs thermiques consistent à augmenter la température de la source de chaleur, mais à des températures très élevées, le métal du moteur commence à ramollir.
L'efficacité des différents moteurs thermiques proposés ou utilisés aujourd'hui va de 3 % (97 % de chaleur perdue) pour la proposition d'énergie océanique de l'OTEC, à 25 % pour la plupart des moteurs automobiles, à 45 % pour une centrale au charbon supercritique, à environ 60 % pour une turbine à gaz à cycle combiné refroidie à la vapeur. Tous ces procédés gagnent en efficacité (ou en manque d'efficacité) grâce à la baisse de température qui les traverse.
Le moins efficace, l'OTEC, utilise la différence de température entre l'eau de l'océan à la surface et l'eau de l'océan en profondeur, une petite différence de peut-être 25 degrés Celsius, et donc l'efficacité doit être faible.
La plus efficace, la turbine à gaz à cycle combiné, brûle du gaz naturel pour chauffer l'air à près de 1530 degrés Celsius, soit une grande différence de température de 1500 degrés Celsius, et donc l'efficacité peut être très importante lorsque le cycle de refroidissement à la vapeur est ajouté.
