汽轮机的热力循环是热力发电厂的核心过程，通常基于朗肯循环或改进的朗肯循环。该循环由四个主要过程组成：锅炉中的等压吸热过程、汽轮机中的绝热膨胀过程、冷凝器中的等压放热过程以及给水泵中的绝热压缩过程。在锅炉中，水被加热成为高温高压蒸汽，蒸汽进入汽轮机膨胀做功，驱动发电机发电。做功后的低压蒸汽进入冷凝器冷凝成水，再由给水泵加压送回锅炉，完成循环。为了提高效率，现代汽轮机系统常采用回热、再热等改进措施。整个循环实现了热能向机械能的持续转换，是火力发电厂能量转换的基础。