Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί. Μπορεί μόνο να αλλάξει μορφή. Αυτή η αρχή, η διατήρηση της ενέργειας, είναι ένας από τους πιο θεμελιώδεις νόμους της φυσικής. Ένα τρενάκι του λούνα παρκ στην κορυφή ενός λόφου έχει δυναμική ενέργεια. Καθώς πέφτει, αυτή η ενέργεια γίνεται κινητική ενέργεια. Στο κάτω μέρος, το αυτοκίνητο κινείται γρήγορα. Καθώς ανεβαίνει τον επόμενο λόφο, η κινητική ενέργεια γίνεται ξανά δυναμική ενέργεια. Η συνολική ποσότητα ενέργειας παραμένει η ίδια καθ' όλη τη διάρκεια, μείον ένα μικρό μέρος που χάνεται λόγω τριβής και αντίστασης του αέρα.

Ο νόμος ισχύει για κάθε σύστημα, από ένα ταλαντευόμενο εκκρεμές μέχρι μια πυρηνική αντίδραση. Σε ένα κλειστό σύστημα, η συνολική ενέργεια είναι σταθερή. Σε ένα ανοιχτό σύστημα, η ενέργεια μπορεί να εισέλθει ή να εξέλθει, αλλά ποτέ δεν δημιουργείται ή καταστρέφεται. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής είναι μια δήλωση διατήρησης της ενέργειας. Λέει ότι η μεταβολή στην εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος ισούται με τη θερμότητα που προστίθεται μείον το έργο που παράγεται από το σύστημα. Η διατήρηση της ενέργειας δεν είναι απλώς ένας κανόνας λογιστικής. Είναι ένας περιορισμός που διαμορφώνει τι είναι δυνατό. Μια αέναη μηχανή, η οποία θα δημιουργούσε ενέργεια από το τίποτα, είναι αδύνατη για αυτόν τον λόγο.

Μορφές ενέργειας

• Κινητική. Ενέργεια κίνησης.
• Δυναμικό. Αποθηκευμένη ενέργεια λόγω θέσης ή κατάστασης.
• Θερμική. Ενέργεια τυχαίας κίνησης σωματιδίων.
• Χημικά. Ενέργεια αποθηκευμένη σε δεσμούς.
• Πυρηνική. Ενέργεια αποθηκευμένη σε ατομικούς πυρήνες.

Η ενέργεια διατηρείται, αλλά συχνά καθίσταται λιγότερο χρήσιμη. Αυτό είναι το αντικείμενο του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής, ο οποίος εισάγει την εντροπία.