カルノーは、熱から無駄なく動力を得るには、常に温度および圧力の釣り合いを保った変化(準静的変化)を行わせることが必要であり、また、このような変化を組み合わせたサイクルを逆に動かせば、同じ動力で同じ熱量を汲み上げる熱ポンプとして動作できる(可逆機関である)と考えた。
カルノーが行った誘導は、誤った熱量保存則に基づいていたが、カルノーの定理が正しいことは後年ルドルフ・クラウジウスおよびウィリアム・トムソンにより示された。
カルノーサイクル.
カルノーは、熱機関の最大効率を生み出すには、可逆的な過程が必要だと考えた。そして、以下のような仮想的な仕組みを考案した。これはカルノーサイクルと呼ばれている。
さらに、カルノーはこのサイクルを逆方向に行うことで、仕事から温度差を生み出せることにも触れている。これは現在逆カルノーサイクルと呼ばれている。
気体に関する研究.
カルノーは『火の動力』において、他にもいくつかの気体についての法則を導き出した。
カルノーと熱運動論.
しかし、その文の直後に「ちなみに、熱理論の依って立っているもろもろの原理は、なおいっそうの注意深い研究を要すると思われる。熱理論のこんにちの状態ではほとんど説明できないようにみえる多数の経験事実が存在するのである。」と述べているように、当時の熱理論に全面的な信頼をおいているわけではなかった。
『火の動力』執筆後に書かれた『覚書』では、はっきりと熱運動説に傾いている。そして、「ある仮説が現象を説明するのにもはや十分でないとき、この仮説はすてられるべきである。熱素を一つの物質、ある稀薄な流体とみなす仮説は、まさしくかような仮説である。」と、カロリック説を否定している。その根拠としてランフォードが行った摩擦による熱の発生の実験などを挙げている。さらに、熱の仕事当量の算出も行っている。
カルノー存命時、熱は運動だとする説は徐々に広まりつつあったが、まだ完成された理論形態にはなっておらず、その点ではまだカロリック説の方に分があった。カルノーがカロリック説に疑問を抱きつつも、結局はカロリック説を元に理論を組み立てたのは、こういった時代的背景が原因とも言われている。
評価.
評価の高まり.
カルノーが生前世に出した論文は『火の動力』のみである。先述の通り、生前は正当な評価を得ることが出来なかった。