В основі роботи ДВЗ лежать кругові термодинамічні процеси перетворення теплоти в механічну роботу, які називаються циклами. Згідно другого закону термодинаміки повне перетворення теплової енергії в механічну роботу неможливе навіть у теоретичній тепловій машині, в якій відбуваються оборотні цикли, тому що в ній частина введеної теплоти повинна бути передана холодному джерелу. Такі цикли називаються термодинамічними (або теоретичними, ідеальними). Відносно ДВЗ за допомогою цих циклів головним чином вирішуються задачі: встановлення факторів, від яких залежить коефіцієнт корисної дії (ККД) оборотного циклу; визначення таких процесів циклу, щоб ККД мав найбільше значення при певних обмеженнях для конкретного ДВЗ; оцінки можливої найбільшої економічності та потужності ДВЗ при реалізації в ньому конкретного циклу.
У циліндрі реального двигуна відбуваються дійсні цикли, необоротність процесів в яких у порівнянні з термодинамічними циклами додатково обумовлена втратами .теплоти крізь стінки камери згоряння, при подоланні тертя в потоці газу під час процесу газообміну та ін. Термодинамічні цикли, крім того, відрізняються від дійсних такими особливостями: цикл відбувається із сталою кількістю незмінного робочого тіла; теплота підводиться ззовні від гарячого джерела й відводиться в охолодник; теплоємність і хімічний склад робочого тіла в циклі сталі; процеси стиску і розширення відбуваються адіабатно, тобто без теплообміну із зовнішнім середовищем.
Термодинамічні цикли зображуються у вигляді діаграм у координатах р-V, Т-S, Т-V та інших, де р - тиск газу в надпоршневому просторі; V- об’єм над поршневого простору; Т - температура газу; S - ентропія. Розглянемо термодинамічні цикли в координатах р-V.