Una macchina termica che funzionando a regime di tipo periodico esegue lavoro esterno, non violando né il principio di conservazione dell'energia né il primo principio della termodinamica in quanto riceve una quantità di energia termica pari a quella che fornisce, ma che scambia calore con una sola sorgente (serbatoio) di calore, ricevendone una certa quantità e restituendone una quantità minore, si dice realizzare il moto perpetuo di seconda specie.
Questa definizione è dovuta al fatto che l'energia termica sfruttata da tale macchina non costerebbe assolutamente nulla perché potrebbe essere prelevata da qualsiasi sorgente (sostanza o corpo o altro) a temperatura costante: ad esempio dall'acqua dei mari si potrebbe estrarre energia sufficiente non solo alla propulsione di tutte le imbarcazioni ma anche a soddisfare tutte le esigenze energetiche dell'umanità. Purtroppo anche il moto perpetuo di seconda specie non è realizzabile perché viola il secondo principio della termodinamica, il quale afferma che in tutti i cicli termici si può ottenere lavoro utile solo se parte dei calore assorbito viene ceduta a un serbatoio di calore a temperatura inferiore di quello che l'aveva fornito. In realtà il secondo principio della termodinamica non è una legge assoluta ma è soltanto una legge estremamente probabile che perde validità per i sistemi costituiti da poche molecole, per i quali dei resto il concetto di calore non è dei tutto ben definibile: almeno in teoria parrebbe quindi possibile costruire macchine di dimensioni molecolari in grado di realizzare il moto perpetuo di seconda specie ma l'importanza di tali macchine sarebbe più che altro concettuale.
L'impossibilità di realizzare il moto perpetuo di seconda specie significa purtroppo che dell'immensa quantità di calore fornita dal Sole ed accumulata dalla Terra nelle acque dei mari e dei suolo solo una piccola parte può essere trasformata in lavoro utile sfruttando le differenze di temperatura tra l'acqua dei mare a diverse profondità, tra l'acqua e l'aria, tra il suolo e l'aria, tra l'acqua e il suolo e così via: impianti di tal tipo sono però di realizzazione difficile e molto costosa ed avrebbero un basso rendimento.
L'unico tipo di macchina per realizzare il moto perpetuo effettivamente costruibile, almeno in teoria, è un dispositivo molto semplice che, per il fatto di non presentare attriti o altre cause di perdita d'energia, continui a muoversi indefinitamente senza però fornire all'esterno lavoro alcuno. Ad esempio, un pesante volano, montato in una campana a vuoto spinto su cuscinetti a sfere, sicuramente si manterrebbe in moto per un tempo lunghissimo a causa della ridottissima resistenza dell'aria estremamente rarefatta e dello scarso attrito dei cuscinetti: ciò nonostante finirebbe coi fermarsi perché è impossibile in pratica ottenere un vuoto perfetto e costruire cuscinetti senza attrito. Un moto perpetuo dei tipo descritto è, ad esempio, quello dei corpi celesti e sembrerebbe essere anche quello dei satelliti artificiali, che una volta lanciati in orbita continuano a compiere rivoluzioni attorno alla Terra senza bisogno di mantenere accesi i motori e quindi di consumare energia alcuna.
In realtà i satelliti artificiali incontrano pur sempre, a meno di essere in orbita ad altezze enormi, la resistenza dell'atmosfera terrestre le cui molecole, nonostante l'estrema rarefazione, sono sufficienti coi loro urti a frenarli, anche se impercettibilmente, e quindi sono inesorabilmente destinati a ricadere sulla Terra.
Ci sono infine molti dispositivi che danno l'illusione di un moto perpetuo ma che in realtà ricevono energia da una sorgente esterna. Gli orologi da polso automatici, ad esempio, traggono energia dai movimenti dei polso dei loro possessori.