Fils aîné de Lazarre Carnot, Nicolas Léonard Sadi Carnot est un des pionniers de la thermodynamique. Son unique publication, les réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, ignorée de son temps mais redécouverte trente ans plus tard par Clapeyron, permit à Thomson et à Clausius d'énoncer le second principe de la thermodynamique sous sa forme actuelle.

Sadi Carnot fut largement influencé par son père, scientifique lui-même, qui l'encouragea à cultiver son intérêt pour les sciences. Après de brillantes études supérieures à l'école polytechnique de Paris, il entra dans l'armée à Metz, mais regagna vite Paris, en janvier 1819, en tant qu'officier d'état major, avant de devenir cadre de réserve. Carnot fréquenta alors les milieux musicaux, littéraires et scientifique et commença des recherches qui l'amenèrent à publier en 1824, les célèbres Réflexions.

Ce court traité exposait une nouvelle théorie de la machine à feu. Il fut conçu à une période où en France, on portait un intérêt sans précédent à la théorie et au fonctionnement de la machine à vapeur. Carnot comme ses contemporains était fortement impressionné par la supériorité industrielle de l'Angleterre sur la France, puissance qu'il attribuait à une large utilisation de la vapeur comme source d'énergie. L'originalité du traité de Carnot vient de ce qu'il fut le premier à comprendre que cette machine n'était qu'un dispositif destiné à transférer de la chaleur d'un corps à un autre de telle façon que du travail ou "puissance motrice" pût être obtenu dans ce processus. Ce transfert de chaleur s'effectuait en outre d'une source chaude vers une source froide, de la même façon que l'eau d'une chute passe naturellement du niveau le plus haut au niveau le plus bas. Cette analogie entre l'eau et la chaleur, chère à Carnot, corroborait d'ailleurs l'opinion erronée de l'époque qui identifiait la chaleur à un fluide, le "calorique", impondérable et indestructible. Quoique fructueuse par la suite, cette théorie se révéla à certains égards inexacte et trompeuse, elle conduisait trop facilement à affirmer que le travail fourni par la machine à feu n'avait pas nécessité une dépense de chaleur. Carnot en effet, ne doutait point que la quantité de chaleur entrant dans la chaudière ne fut égale à celle cédée au condenseur. Cette erreur facilement corrigée plus tard par Clausius et Thomson, ne retire pas grand chose à la valeur de l'oeuvre de Carnot.

En dépit de l'importance qu'elle prit, trente ans plus tard dans le développement de la thermodynamique, la théorie de Carnot fut pratiquement ignorée de son temps. Cela est dû au fait que les Réflexions envisageaient une machine à feu idéale, étudiée dans des conditions irréalisables, et non une machine capricieuse, inefficace mais réelle, que les ingénieurs auraient eu à mettre au point. Il n'eut à l'époque qu'un seul article sur l'ouvrage, et ce n'est qu'en 1834 que Clapeyron en reparla dans le Journal de l'école polytechnique et réhabilita la théorie de Carnot en la présentant sous une forme plus analytique. C'est à travers cet article que Clausius et Thomson, vers 1850, prirent connaissance de l'oeuvre du précurseur. Tout à fait indépendamment, et simultanément, les deux savants purent alors concilier la théorie de Carnot et l'idée toute nouvelle pour l'époque que toutes les formes d'énergie - chaleur et travail dans ce cas - étaient équivalentes et réciproquement convertibles. Clausius et Thomson avancèrent qu'en fait, la quantité de chaleur admise à la chaudière est toujours supérieur à celle qui est cédée au condenseur, d'une quantité exactement équivalente a celle du travail obtenu. Nous savons maintenant que cette rectification fut faite par Carnot lui-même dans des notes grossièrement ébauchées et qui ne furent mises au jour que vers 1878.
   
Les idées de Carnot, une fois redécouvertes, eurent une influence considérable sur le développement de la thermodynamique. Elles amenèrent Thomson à découvrir l'échelle absolue des températures en 1848, et peu de temps après, Thomson et Clausisus à énoncer le second principe de la thermodynamique. Vers 1854, ce dernier, développant plus profondément ces théories, introduisit le notion d'entropie. Ainsi, bien que, dans ses publications tout au moins, Carnot n'ait donnée aucune indication montrant qu'il ait connu les principes qui sont à la base de la thermodynamique, il en fut, sans aucun doute, l'un des principaux pionniers.