Il n'est pas possible d'atteindre un rendement de 100 pour cent dans les moteurs thermiques en raison des lois de la thermodynamique. L'efficacité d'un moteur thermique est définie comme le rapport entre le travail effectué par le moteur et l'apport de chaleur, et elle est limitée par la différence entre les températures hautes et basses du moteur.

Le cycle Carnot est un cycle théorique qui représente le moteur thermique le plus efficace possible, et il a un rendement maximum de 100 %. Cependant, dans la pratique, aucun moteur ne peut atteindre ce rendement en raison de facteurs tels que la friction et la perte de chaleur.

La deuxième loi de la thermodynamique stipule que dans tout moteur thermique, une partie de la chaleur doit toujours être rejetée dans l'environnement, ce qui réduit l'efficacité du moteur. Le rendement d'un moteur thermique peut être amélioré en augmentant l'écart entre les températures hautes et basses, mais cela est limité par des contraintes pratiques.

Dans un moteur thermique réel, le rendement maximal pouvant être atteint est généralement d'environ 40 à 50 %.