A energia não pode ser criada nem destruída. Ela só se pode transformar. Este princípio, a conservação da energia, é uma das leis mais fundamentais da física. Um carrinho de montanha-russa no topo de uma colina possui energia potencial. Ao descer, esta energia transforma-se em energia cinética. Na base da colina, o carrinho está a alta velocidade. Ao subir a colina seguinte, a energia cinética transforma-se novamente em energia potencial. A quantidade total de energia permanece a mesma durante todo o percurso, com exceção de uma pequena perda devido ao atrito e à resistência do ar.

A lei aplica-se a todos os sistemas, desde um pêndulo oscilante até uma reação nuclear. Num sistema fechado, a energia total é constante. Num sistema aberto, a energia pode entrar ou sair, mas nunca é criada nem destruída. A primeira lei da termodinâmica é uma afirmação da conservação da energia. Ela diz que a variação da energia interna de um sistema é igual ao calor adicionado menos o trabalho realizado pelo sistema. A conservação de energia não é apenas uma regra contabilística. É uma restrição que define o que é possível. Uma máquina de movimento perpétuo, que criaria energia a partir do nada, é impossível por esta razão.

Formas de energia

• Cinética. Energia do movimento.
• Potencial. Energia armazenada devido à posição ou estado.
• Térmica. Energia do movimento aleatório das partículas.
• Química. Energia armazenada nas chamadas.
• Energia nuclear armazenada nos núcleos atómicos.

A energia conserva-se, mas torna-se frequentemente menos útil. Este é o tema da segunda lei da termodinâmica, que introduz o conceito de entropia.