Sprawność termodynamiczną definiuje się jako stosunek uzyskanej pracy do wkładu energii cieplnej w cyklu silnika cieplnego lub poboru energii cieplnej do wkładu pracy w cyklu chłodniczym. W termodynamice sprawność cieplna jest bezwymiarową miarą wydajności urządzenia wykorzystującego energię cieplną, takiego jak na przykład silnik spalinowy, turbina parowa lub silnik parowy, kocioł, piec lub lodówka. W przypadku silnika cieplnego sprawność cieplna to ułamek energii dodanej przez ciepło (energię pierwotną), która jest przekształcana na moc roboczą netto (energię wtórną). W przypadku cyklu chłodniczego lub pompy ciepła sprawność cieplna to stosunek mocy cieplnej netto do ogrzewania lub usuwania w celu chłodzenia do wkładu energii (współczynnik wydajności).
W układzie zamkniętym przechodzącym cykl termodynamiczny, całka cykliczna ciepła i całka cykliczna pracy są do siebie proporcjonalne, gdy są wyrażone we własnych jednostkach i są sobie równe, gdy są wyrażone w stałych (tych samych) jednostkach.