1. Energieverlies door entropie :Thermische energie is een vorm van ongeorganiseerde microscopische energie, en het volledig omzetten van deze energie in bruikbaar werk is een uitdaging vanwege het concept van entropie. Tijdens elke energieoverdracht of -transformatie gaat een bepaalde hoeveelheid energie verloren als onbruikbare warmte vanwege onomkeerbaarheid en de willekeurige aard van moleculaire bewegingen. Deze energie wordt niet meer beschikbaar voor het doen van nuttig werk.

2. Stelling van Carnot en efficiëntie van warmtemotoren :De efficiëntie van een warmtemotor, die thermische energie omzet in mechanische arbeid, wordt beperkt door de stelling van Carnot. Deze stelling stelt dat het maximale theoretische rendement van een warmtemotor die tussen twee gegeven temperaturen werkt, wordt bepaald door het verschil tussen deze temperaturen. Zelfs onder ideale omstandigheden gaat een aanzienlijk deel van de thermische energie verloren als afvalwarmte, waardoor de bruikbaarheid van thermische energie voor werk wordt beperkt.

In de praktijk lijden echte warmtemotoren verder aan extra inefficiënties als gevolg van wrijving, mechanische verliezen en andere factoren. Als gevolg hiervan is het totale bruikbare werk dat wordt verkregen uit thermische energie doorgaans veel lager dan het maximale theoretische rendement dat wordt voorspeld door de stelling van Carnot.

Het is echter belangrijk op te merken dat hoewel het omzetten van alle thermische energie in bruikbaar werk een uitdaging is, er praktische manieren zijn om warmte voor verschillende doeleinden te benutten en te gebruiken, zoals het opwekken van elektriciteit via thermische energiecentrales of het gebruik van geothermische energie voor verwarming en elektriciteitsproductie.