使用多种热力学循环串联来获得更高热效率的方式，将其转换成机械能。比如在发电时，前一级产生的废气被用来驱动下一级热机推动发电机，提高了燃料的效率。在一般的热力发电厂中，较常见的联合循环式一级布雷顿循环后加一级郎肯循环。联合循环的实现使得燃气发电的热机效率由34%大幅提高到超过51%，即是使用相同燃料的情况下，增加近一半发电量。在香港，由于政府不批准兴建新的发电机，南丫发电厂于2002年把两台125兆瓦燃气轮机被改装为一台联合循环机组，并生产多95兆瓦电力，总共345兆瓦（原本的1.38倍）。另外中