Tepelný stroj môže trvalo pracovať iba vtedy, ak sa plyn vždy po ukončení expanzie vráti do pôvodného stavu.
Kruhový (cyklický) dej = dej, pri ktorom je konečný stav sústavy totožný so začiatočným stavom.
Grafom, ktorý vyjadruje tlak p plynu ako funkciu jeho objemu V pri kruhovom deji, je teda vždy uzavretá krivka.
Práca, ktorú vykoná pracovná látka(plyn, para) pri zväčšovaní objemu zo stavu A do stavu B je obsah plochy, ktorá leží v pracovnom diagrame pod krivkou A1B. Pri spätnom prechode plynu zo stavu B do stavu A po krivke B2A sa objem pracovnej látky pôsobením vonkajšej sily zmenšuje a okolité telesá konajú pritom prácu, ktorá je daná obsahom plochy ležiacej pod krivkou B2A. Rozdiel obsahov oboch plôch sa rovná obsahu plochy ohraničenej krivkou A1B2A. Odtiaľ vyplýva, že obsah plochy vnútri krivky, znázorňujúci v p,V diagrame kruhový dej, znázorňuje celkovú prácu vykonanú pracovnou látkou počas jedného cyklu.
Keďže pri kruhovom deji je začiatočný stav látky totožný s konečným stavom, celková zmena vnútornej energie pracovnej látky je po ukončení jedného cyklu nulová (U=0J). Teleso, od ktorého pracovná látka príjme počas jedného cyklu teplo Q1, nazýva sa ohrievač; teleso, ktorému látka odovzdáva teplo Q2, nazýva sa chladič.
Celková práca W`, ktorú vykoná pracovná látka počas jedného cyklu kruhového deja, rovná sa celkovému teplo Q = Q1- Q2, ktoré príjme počas toho cyklu od okolia.
Pri kruhovom deji sme sa dozvedeli, že z tepla Q1, ktoré odoberieme ohrievaču, sa iba časť tepla využije na vykonanie práce W`, zvyšná časť (teplo Q2) odovzdá plyn chladiču. Účinnosť  ľubovoľného kruhového deja sa vyjadruje vzťahom
W` Q1 - Q2 Q2
 = --- = ----- = 1 - ---
Q1 Q1 Q1
Druhý termodynamický zákon: Nemožno zostrojiť periodicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by teplo od istého telesa (ohrievača) iba prijímal a vykonával rovnako veľkú prácu.
Stroj ktorý by takto pracoval, volá sa perpetuum mobile druhého druhu. Tento stroj by mal veľký praktický význam, lebo by mohol trvalo konať prácu iba ochladzovaním jediného telesa. Podľa druhého termodynamického zákona však taký stroj nie je možný.
Zo skúseností vieme, že pri tepelnej výmene teleso s vyššou teplotou nemôže samovoľne prijímať teplo od telesa s nižšou teplotou.
Tepelné motory
Tepelné motory sú stroje, ktoré premieňajú časť vnútornej energie paliva uvoľneného horením na mechanickú energiu. Rozdeľujeme ich na parné motory(parný stroj, parná turbína) a spaľovacie motory (plynová turbína, zážihový motor, vznetový motor, prúdový a raketový motor). V parných motoroch je pracovnou látkou vodná para, ktorá sa získava v parnom kotly mimo motora.