能量的轉換與能量守恆

不同形式的能量間通常能透過工具的輔助而彼此轉換，例如電池能把化學能轉換成電能；水壩能把重力位能轉換成動能並最終透過發電機轉換成電能。相同的，在氧化反應的例子里，化學能轉換成動能和熱能(有時包括光能和聲能)。鐘擺也是一例。鐘擺在最高點的動能為零而重力位能為最大值，但是在最低點的動能為最大值而重力位能為最小。假設鐘擺機件間沒有任何摩擦力，則能量之間的轉換是完美的，所以鐘擺將永遠擺盪下去。

能量與質量轉換守恆

在一個動量為零（mv=0 表示v=0）的密閉系統中，能量（E=mv2}/2）會使質量增加。質能方程式可以描述質量與能量的關係。公式E=mc2是愛因斯坦用相對論的概念所推導出的，能量和質量之間的關係。在其他的理論中，類似的公式也被J. J. Thomson（1881）、HenriPoincare（1900）、FriedrichHasenohrl（1904）等人推算出來。（參考質能等價）

物質可能被破壞並轉換成能量（反之亦然），但能量不會被破壞；能量在任何物質和能量的轉換中都不會消失(只會化為質量的形式存在)。而相對於日常所接觸到的能量尺度來說c2是很大的，例如一公斤的物質全部轉換成能量（如熱，光或其他輻射）可以釋放極大量的能量（~9X1016焦耳 = 21百萬噸的TNT），遠超過現行核反應器和核武器短時間內釋放的的能量。相反的，一單位能量僅相等於極小的質量，因此大部分的反應里很難利用重量來計算質量的流失，除非其反應所牽涉到的能量非常巨大。

可逆和不可逆的轉換

將能量轉換成有用的功是熱力學的重要課題。在大自然界里，能量的轉換可以分成兩類：可逆的與不可逆的。可逆的熱力學過程不會有能量的損耗。例如，不同位能形式之間的轉換是可逆的，例如前文所提到的鐘擺運動。而當一個過程中有熱產生的時候，一部分的能量將不能完全恢復成可利用的能量，此時便歸類不可逆。

能量轉換和宇宙的年齡

隨著宇宙的演化，越來越多的能量被困在不可逆的狀態里（如熱或其他無序的能量形式），這就是熱寂理論。熱寂理論是猜想宇宙最終命運的一種假說。根據熱力學第二定律，作為一個獨立系統，宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加，由有序走向無序，當宇宙的熵達到最大值時，宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能，所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。

陽光之於能量

陽光碟機動了許多天氣現象。其中一個說明太陽驅動天氣的例子就是颱風，颱風發生在大面積且不穩定的溫暖海洋，當太陽加熱海水，蒸發上升的水汽釋放熱能，而形成持續幾天的活躍天氣系統，也就是颱風。陽光也會被植物所吸收利用，在光合作用中轉換為化學能(使二氧化碳和水轉換成高能量的化合物，如葡萄糖)。植物也會在光合作用的過程中釋放氧氣，而氧氣被生物所利用做為電子受體，用以釋放儲存在碳水化合物、脂類和蛋白質的能量。

能量守恆

能量必須遵守能量守恆定律。根據這個定律，能量只能從一種形式變為另一種形式而無法憑空產生或者是消滅。能量守恆是時間的平移對稱性得出的數學結論（諾特定理）根據能量守恆定律，流入的能量等於流出的能量加上內能變化。

此定律是物理界中相當基本的準則。依照時間的平移對稱性，宇宙中絕大部分現象都可以獨立於時間變化之外，因此想將昨天、今天和明天發生的現象區分開來，事實上是不可能的。

這是因為能量是時間的正則共軛（canonical conjugate）量，數學上它們變存在了不確定性：要在有限的時間間隔里定義精確的能量值是不可能的。但這種不確定性不應該和能量守恆搞混。更準確來說，它提供了原則上可以被定義和測量的能量的數學極限值。

在量子力學中能量會以Hamiltonian算符來表示。在任何時間範圍里，能量中的不確定性會以:

來計算。這跟海森堡的測不準原理非常類似，但並非真正數學上的相同，因為H 和t不論在古典或量子力學中皆不是共軛之變數.。

能量觀念的應用

能量必須遵守「守恆定律」，也就是說，不論測量或計算一個粒子系統的能量，其粒子間的行為和時間無關，它的系統總能量永遠保持一定。

1、 一個系統的總能量可以被細分成不同類型，並以不同方法來歸類。比方說，有時候把位能從動能區中區分開來會比較方便。也有時建立重力位能、電能、熱能和其他形式的能量是相對方便的。這些分類定義可能會重疊，像是熱能就可以由部分動能和部分位能所組成。

2、能量的轉換也有很多形式，常見的例子如：功、熱流和移流（advection）

等。

在古典物理中，能量被認為是一種標量，它和時間的導數有關。在狹義相對論中，能量亦是標量（雖然它不是勞倫茲標量（Lorentz scalar），但時間卻是四維動量中的組成分子之一）。換句話說，能量在空間的循環下是固定不變，但在不保證在時間和空間的循環下，依然是不變。

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