Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd. Het kan alleen van vorm veranderen. Dat principe, de wet van behoud van energie, is een van de meest fundamentele natuurwetten. Een achtbaanwagen heeft bovenaan een heuvel potentiële energie. Tijdens de afdaling wordt die energie omgezet in kinetische energie. Beneden beweegt de wagen met hoge snelheid. Tijdens de klim naar de volgende heuvel wordt de kinetische energie weer omgezet in potentiële energie. De totale hoeveelheid energie blijft gedurende de hele rit gelijk, afgezien van een klein beetje energieverlies door wrijving en luchtweerstand.

De wet is van toepassing op elk systeem, van een slinger tot een kernreactie. In een gesloten systeem is de totale energie constant. In een open systeem kan energie toe- of uitgaan, maar er wordt nooit energie gecreëerd of vernietigd. De eerste wet van de thermodynamica is een formulering van energiebehoud. Deze wet stelt dat de verandering in de interne energie van een systeem gelijk is aan de toegevoegde warmte min de arbeid die door het systeem wordt verricht. Energiebehoud is niet zomaar een boekhoudkundige regel. Het is een beperking die bepaalt wat mogelijk is. Een perpetuum mobile, dat energie uit het niets zou creëren, is om deze reden onmogelijk.

Energievormen

• Kinetic. Energie van beweging.
• Potentieel. Opgeslagen energie als gevolg van positie of toestand.
• Thermisch. Energie van willekeurige deeltjesbeweging.
• Chemisch. Energie opgeslagen in bindingen.
• Nucleair. Energie opgeslagen in atoomkernen.

Energie blijft behouden, maar wordt vaak minder nuttig. Dat is het onderwerp van de tweede wet van de thermodynamica, die entropie introduceert.