Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann lediglich ihre Form ändern. Dieses Prinzip, der Energieerhaltungssatz, ist eines der grundlegendsten Gesetze der Physik. Ein Achterbahnwagen besitzt auf dem Gipfel eines Hügels potenzielle Energie. Während der Abfahrt wandelt sich diese Energie in kinetische Energie um. Unten angekommen, bewegt sich der Wagen mit hoher Geschwindigkeit. Beim Erklimmen des nächsten Hügels wird die kinetische Energie erneut in potenzielle Energie umgewandelt. Die Gesamtenergie bleibt dabei konstant, abzüglich kleiner Verluste durch Reibung und Luftwiderstand.

Das Gesetz gilt für jedes System, vom schwingenden Pendel bis zur Kernreaktion. In einem geschlossenen System ist die Gesamtenergie konstant. In einem offenen System kann Energie ein- oder austreten, aber sie wird weder erzeugt noch vernichtet. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist eine Aussage über die Energieerhaltung. Er besagt, dass die Änderung der inneren Energie eines Systems gleich der zugeführten Wärme abzüglich der vom System verrichteten Arbeit ist. Energieerhaltung ist nicht nur eine rechnerische Regel. Sie ist eine Bedingung, die das Machbare bestimmt. Eine Maschine, die Energie aus dem Nichts erzeugen könnte, ist aus diesem Grund unmöglich.

Energieformen

• Kinetic. Bewegungsenergie.
• Potential. Gespeicherte Energie aufgrund von Position oder Zustand.
• Thermal. Energie der zufälligen Teilchenbewegung.
• Chemical. In Bindungen gespeicherte Energie.
• Nuclear. In Atomkernen gespeicherte Energie.

Energie bleibt erhalten, wird aber oft weniger nutzbar. Das ist Gegenstand des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, der die Entropie einführt.