Obieg termodynamiczny pomp ciepła odbywa się w zasadzie w odwrotnym cyklu Carnota.

W ten sposób możemy obliczyć współczynnik efektywności także poprzez różnicę temperatur pomiędzy żródłem ciepła (parownik) a górnym żródłem ciepła (skraplacz).

e_c = T / (T - T_u) = T / DT

e_c = współczynnik sprawności wg Carnota
T_u = Temperatura otoczenia, z którego pobierane jest ciepło (źródła dolnego)
T = Temperatura otoczenia, do którego oddawane jest ciepło (źródła górnego)
DT = Różnica temperatur pomiędzy cieplejszą i zimniejszą stroną (źródłami górnym i dolnym)

Graficzne przedstawienie wartości zmiennych T i S (entropia) w obiegu Carnota wygląda następująco:

Rys.: Wykres zależności T-S. Wykres składa się z dwóch adiabat (S = const) oraz dwóch izoterm (T = const)

Energia pobrana z otoczenia: powierzchnia "a".
Energia napędowa sprężarki: powierzchnia "b".
Całkowita oddana energia: powierzchnia "a" + "b".

S = entropia = energia wewnętrzna.

4 - 1: parowanie
1 - 2: sprężanie (wzrost temperatury)
2 - 3: skraplanie
3 - 4: rozprężanie

Przykład:
T_u = 0°C = 273 K, T = 50°C = 323 K
ec = T / (T - T_u) = 323 / 323-273 = 6,46

Obieg idealny nie jest możliwy. Dlatego też współczynniki efektywności dla rzeczywistego cyklu pomp ciepła (wraz z wszelkimi stratami) będą mniejsze. Z powodu strat termicznych, mechanicznych i elektrycznych jak również z powodu zapotrzebowania energii pomocniczych odbiorników prądu efektywnie osiągnięty współczynnik efektywności [e] jest mniejszy niż [ec].

Dla obliczeń przybliżonych można założyć, że e jest równe 0,5 × ec.