Když vědci studují tepelné motory, přicházejí s nápady na motory, které ve skutečnosti nelze postavit. Těmto motorům se říká ideální motory nebo cykly. Skutečné tepelné motory jsou často zaměňovány s ideálními motory nebo cykly, které se snaží napodobit.
Při popisu fyzického zařízení se obvykle používá termín "motor". Při popisu ideálu se používá termín "cyklus".
Dalo by se říci, že termodynamický cyklus je ideálním případem mechanického motoru. Stejně tak by se dalo říci, že model neodpovídá mechanickému motoru zcela dokonale. Zjednodušené modely a ideální případy, které mohou představovat, však přinášejí mnoho výhod.
Obecně platí, že čím větší je rozdíl teplot mezi zdrojem tepla a chladičem, tím je cyklus nebo motor účinnější. Na Zemi je studená strana každého tepelného motoru omezena teplotou vzduchu v místě, kde se motor nachází.
Většina snah o zlepšení účinnosti tepelných motorů směřuje ke zvýšení teploty zdroje tepla, ale při velmi vysokých teplotách začíná kov motoru měknout.
Účinnost různých tepelných motorů, které jsou dnes navrhovány nebo používány, se pohybuje od 3 % (97 % odpadního tepla) v případě návrhu oceánské elektrárny OTEC přes 25 % u většiny automobilových motorů až po 45 % u nadkritické uhelné elektrárny a přibližně 60 % u parou chlazené plynové turbíny s kombinovaným cyklem. Všechny tyto procesy získávají svou účinnost (nebo její nedostatek) díky poklesu teploty v jejich průběhu.
Nejméně účinná technologie, OTEC, využívá rozdíl teplot oceánské vody na povrchu a oceánské vody z hloubky, což je malý rozdíl snad 25 stupňů Celsia, a proto musí být účinnost nízká.
Nejúčinnější plynová turbína s kombinovaným cyklem spaluje zemní plyn k ohřevu vzduchu na teplotu téměř 1530 stupňů Celsia, což představuje velký teplotní rozdíl 1500 stupňů Celsia, a proto může být účinnost velmi vysoká, pokud se přidá cyklus chlazení parou.
