Tepelný stroj je zariadenie, ktoré pracuje na základe prvého termodynamického zákona, podľa ktorého je možné vzájomne premieňať teplo na vnútornú energiu alebo prácu. Tepelný stroj musí zároveň rešpektovať druhý termodynamický zákon, podľa ktorého nie je možné vykonávať premnu energií úplne. Tepelné stroje sa delia na:

1. tepelné motory - v ktorých sa premieňa teplo dodávané so zásobníka s vyššou teplotou na prácu pri vzniku zostatkového tepla, ktoré je potrebné odviesť do zásobníka s nižšou teplotou. Pracovný cyklus takéhoto stroja v diagrame p-V prebieha v smere hodinových ručičiek.
2. chladiace stroje alebo tepelné čerpadlá - v ktorých sa spotrebováva privedená mechanická práca na prenos tepla zo zásobníka s nižšou teplotou do zásobníka s vyššou teplotou. Pracovný cyklus takéhoto stroja v diagrame p-V prebieha proti smeru hodinových ručičiek.

Pracovný cyklus tepelného stroja (tepelný obeh) je séria postupných zmien stavu pracovnej látky ktoré začínajú a končia v rovnakom stave. Existuje viacero modelových pracovných cyklov tepelného stoja, špeciálne postavenie medzi nimi má Carnotov cyklus. Pre teoretické výpočty technických aplikácií sa používajú aj iné modely tepelných cyklov. V oblasti piestových spaľovacích motorov sa pracuje s:

• Ottovým cyklom
• Dieselovým cyklom
• Seiligerovým cyklom

V oblasti plynových turbín sa pracuje s:

• Humphreyovým cyklom
• Eriksonov-Braytonovým cyklom
• Jouleov-Braytonovým cyklom