Isı makinesinin çalışma ilkeleri üzerinde çalışmıştır. Buhar makinesinin kuramsal verimini hesaplarken ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüşme koşullarını incelemiş, termodinamiğin ikinci kanununu bulmuştur.

Adını babasının hayranı olduğu İranlı şair Sadi'den alan Carnot temel bilimler, yabancı diller ve müzik konularında iyi bir eğitim gördü. Poisson, Gay-Lussac, Ampere ve Arago gibi ünlü öğretmenlerden 1812-14 arasında analiz, mekanik, tasarı geometri, kimya dersleri aldı. 1814'ün Mart'ında Paris kuşatmasında Vincennes çatışmasına katıldı.

I. Napoleon'un 100 günlük 2. iktidarında İçişleri Bakanlığı görevine getirilen babası, 1815 Ekim'inde Restorasyon Dönemi başlayınca bir daha geri dönememek üzere Almanya'ya sürgüne gönderildi.

Carnot'nun çalışmalarının 1834 yılına değin ilgi çekmemesinin nedeni, çalışmalarının o dönemlerde doğruluğu tartışmalı olan Kalori kuramına dayanmasından olduğu düşünülmektedir. Fresnel'in "ışığın titreşim kuramı", radyasyon yolu ile yayılan ısının ışığa olan benzerliği dikkatini çekti. Bazı eş ısılı olayların "Kalori kavramı" ile açıklanamaması Carnot'yu, Rumford ve Davy'nin çalışmalarını incelemeye, sürtünmenin yarattığı ısının katı ve sıvılardaki etkileri ile ilgilenmeye itti. Isının bir çeşit hareket enerjisi olduğunu baz alan yeni bir "kinetik teori" üzerinde çalışmaya başladı.

Çalışmalarından kalanlar fazla değildir: 1823'te yazilmış buhar gücü-mekanik iş ilişkisini irdeleyen 21 sayfadan oluşan bir makale, 1824'te yayımlanan bir kitabı, araştırma notları, James Watt'a ait 2 makalenin çevirisi ve çeşitli matematik ve fizik derslerine ait notlar.