Toplotni motor je naprava, ki se uporablja za pretvarjanje toplotne energije ali toplote v mehansko delo. To se naredi, ko toplota, ki izvira iz vročega vira, gre skozi sam motor in v hladen umivalnik. Hladni pomivalnik je del termodinamičnega cikla z nižjo temperaturo, kot je kondenzacijska enota, ki jo najdemo v ciklu Rankine ali pari. Obstaja veliko različnih vrst toplotnih motorjev, od katerih ima vsak svoj specifičen cikel. Nekateri primeri toplotnih motorjev bi vključevali parne motorje in motorje z notranjim zgorevanjem, skupaj s Stirlingovimi motorji in plinskimi turbinami.
Običajno se toplotni motor zamenja s termodinamičnim ciklom, ki poteka v samem motorju. To je predvsem zato, ker so toplotni motorji pogosto razvrščeni glede na njihove specifične termodinamične cikle. Sama naprava, ki pretvarja toplotno energijo v delo, je znana kot “motor”, medtem ko je termodinamični model, ki se uporablja za motor, “cikel”. Zaradi tega se parni stroji ne imenujejo Rankinovi stroji.
Učinkovit toplotni motor bo poskušal čim bolje posnemati svoj cikel. Večja kot je temperaturna razlika med vročim in hladnim ponorom v ciklu, bolj učinkovit je motor. Na primer, učinkovit parni stroj zahteva tako visokotemperaturni vir toplote kot nizkotemperaturno hladilno korito. V Rankineovem ciklu kotel uporablja visokotemperaturni gorilnik za pretvorbo vode v paro. Ta para gre skozi motor in se nato kondenzira nazaj v vodo skozi nizkotemperaturni kondenzator.
Čim hladnejši je kondenzator, več pare se bo kondenziralo nazaj v vodo. To je zato, ker so kondenzatorji narejeni tako, da učinkovito obrnejo proces nasičenosti, ki ga izvaja kotel. To bo pomagalo doseči višje stopnje kondenzacije; višja kot je stopnja, več vode se bo vrnilo. To pomaga povečati splošno učinkovitost parnega cikla.
Čeprav je mogoče učinkovitost toplotnega motorja močno optimizirati z veliko razliko v temperaturah med vročim virom in hladnim ponorom, je še vedno omejena. To je zato, ker je temperatura hladnega umivalnika odvisna od temperature okoli njega, ki je v nekaterih situacijah ni mogoče ohladiti na idealne pogoje. Zaradi tega je učinkovitost toplotnega motorja omejena na temperaturne meje hladilnega korita. Pogosta rešitev za to je zvišanje temperature vročega vira; vendar je tudi to omejeno na pomanjkanje trdnosti materiala pri visokih temperaturah.
Učinkovitost toplotnega motorja je odvisna od specifičnega motorja in cikla. Toplotni izkoristek se giblje od 3 % do približno 70 %, pri avtomobilskih motorjih dosežejo toplotni izkoristek nekje okoli 25 %. Učinkovitejše toplotne motorje najdemo v velikih elektrarnah, kjer se za proizvodnjo električne energije uporabljajo tako plinske kot parne turbine.