熱効率（ねつこうりつ、Thermal efficiency）は、投入した熱エネルギーが仕事や電力などに変換される割合（パーセンテージ）である。例として、1000ジュールの熱エネルギーが与えられた熱機関が300ジュール分の仕事をした場合、この熱機関の熱効率は30%となる（残りの700ジュールは熱や音などの目的ではない形のエネルギーに変換されたことになり、損失と呼ばれる）。最大効率は熱力学第二法則に支配され、熱効率1.0（100%）以上になることは決してない。ニコラ・カルノーは思考実験で最も効率の良い仮想熱機関「カルノーサイクル」を提案した。カルノーサイクルの理論熱効率 <math>\eta_{\mathrm{th}}</math> は、高温源 <math>T_H</math>、低温源 <math>T_L</math> として

<math> \eta_{\mathrm{th}} = 1-\frac{T_L}{T_H} </math>

で与えられる。