A causa delle leggi della termodinamica, nei motori termici non è possibile raggiungere un rendimento del 100%. L'efficienza di un motore termico è definita come il rapporto tra il lavoro svolto dal motore e l'apporto di calore ed è limitata dalla differenza tra la temperatura alta e quella bassa del motore.

Il ciclo di Carnot è un ciclo teorico che rappresenta il motore termico più efficiente possibile e ha un'efficienza massima del 100%. Tuttavia, in pratica, nessun motore può raggiungere questa efficienza a causa di fattori quali l'attrito e la perdita di calore.

La seconda legge della termodinamica afferma che in qualsiasi motore termico, una parte del calore deve sempre essere espulsa verso l’ambiente, e questo riduce l’efficienza del motore. L'efficienza di un motore termico può essere migliorata aumentando la differenza tra le alte e le basse temperature, ma ciò è limitato da vincoli pratici.

In un motore termico reale, l’efficienza massima che può essere raggiunta è tipicamente intorno al 40-50%.