卡诺的研究不仅给热机的设计指明了方向，而且包含热力学的萌芽。他关于热机必须工作于两个热源之间的断言，实际已经包含了热力学第二定律的基本内容。关键的转折点是1848年—1850年，开尔文发表了一系列肯定与扩展卡诺工作结果的论文，有力地捍卫了卡诺的工作。1850年，克劳修斯指出卡诺的陈述是正确的，但卡诺证明中无热量损失（热质不灭）是错误的，需加以修正。经克劳修斯修正后的陈述为：卡诺热机中的一部分热量是消失了，剩下的部分则传到低温热源，消失的热量与热机做功之间有确定的数值关系。经过两位物理学家的工作，卡诺定理被提升到了热力学第二定律的高度，因此卡诺可被视为热力学第二定律的始祖，但其真正的建立者理所当然是开尔文和克劳修斯。
1832年6月至8月，在短短三个月内，猩红热、脑膜炎和传染性霍乱彻底摧毁了卡诺原本就十分脆弱的身体。1832年8月24日，卡诺在家中溘然去世，年仅36岁。按当时的防疫条例，霍乱病人的遗物必须全部烧毁或深埋。卡诺的大部分文稿也被销毁了，其中包括他在1824年以后的研究成果，这里面肯定有他的许多新思考和发现，但却成了永远的谜。
他的后期手稿只有23张被侥幸保留下来，1878年由其弟公之于世。
随着热力学理论的发展，卡诺的学术地位得到了越来越多的学者的认可。恩格斯在《自然辩证法》中指出,“卡诺研究了蒸汽机，分析了它，发现蒸汽机中的基本过程并不是以纯粹的形式出现，而是被各种各样的次要过程掩盖住了；于是他撇开了这些对主要过程无关重要的次要情况而设计了一部理想的蒸汽机(或煤气机),的确,这样一部机器就像几何学上的线或面一样是决不可能制造出来的.但是它按照自己的方式起了像这些数学抽象所起的同样的作用;他表现纯粹的独立的真正的过程。”
卡诺的英年早逝，是人类科学事业的损失。但他就像一团永不熄灭的火，永远燃烧在热机里，燃烧在科学的殿堂里。
