ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है। यह केवल अपना रूप बदल सकती है। ऊर्जा संरक्षण का यह सिद्धांत भौतिकी के सबसे मूलभूत नियमों में से एक है। पहाड़ी की चोटी पर खड़ी रोलर कोस्टर कार में स्थितिज ऊर्जा होती है। जैसे-जैसे यह नीचे आती है, यह ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है। सबसे नीचे पहुँचने पर कार तेज़ गति से चल रही होती है। जैसे ही यह अगली पहाड़ी पर चढ़ती है, गतिज ऊर्जा फिर से स्थितिज ऊर्जा में बदल जाती है। घर्षण और वायु प्रतिरोध के कारण थोड़ी सी ऊर्जा नष्ट हो जाती है, बाकी पूरी प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा की कुल मात्रा लगभग समान रहती है।

यह नियम झूलते पेंडुलम से लेकर परमाणु अभिक्रिया तक, हर प्रणाली पर लागू होता है। एक बंद प्रणाली में कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। एक खुली प्रणाली में ऊर्जा प्रवेश कर सकती है या बाहर निकल सकती है, लेकिन यह न तो उत्पन्न होती है और न ही नष्ट होती है। ऊष्मागतिकी का पहला नियम ऊर्जा संरक्षण का कथन है। यह कहता है कि किसी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, उसमें डाली गई ऊष्मा में से प्रणाली द्वारा किए गए कार्य को घटाने के बराबर होता है। ऊर्जा संरक्षण केवल एक लेखा-जोखा नियम नहीं है। यह एक ऐसा बंधन है जो संभावनाओं को निर्धारित करता है। इसी कारण से, एक ऐसी सतत गति मशीन, जो शून्य से ऊर्जा उत्पन्न करती है, असंभव है।

ऊर्जा के रूप

• गतिज ऊर्जा. गति की ऊर्जा.
• स्थिति या अवस्था के कारण संचित ऊर्जा।
• थर्मल. यादृच्छिक कण गति की ऊर्जा.
• रासायनिक. बंधों में संग्रहित ऊर्जा.
• नाभिकीय. परमाणु नाभिकों में संग्रहित ऊर्जा.

ऊर्जा संरक्षित रहती है, लेकिन अक्सर इसकी उपयोगिता कम हो जाती है। यही ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का विषय है, जो एन्ट्रॉपी की अवधारणा को प्रस्तुत करता है।