能量守恒定律可以表述为，一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。这就是我们日常所说的能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。能量守恒定律也叫热力学第一定律。
焦耳热功当量实验是早期确认能量守恒的有名实验。在保持总能量不变的前提下，固有能量、动能、势能之间可以相互转化。焦耳当时在电机线圈的转轴上绕两根细线，分别跨过相距一定距离的定滑轮后垂挂几英磅重的砝码。线圈浸在量热器的水中。由砝码下落距离可算出机械功大小，由水温变化可算出热量多少，以此计算出了热功当量，也验证了能量守恒定律。
发电机与电动机工作中利用了能量守恒定律。发电机是将机械能或其它形式的能转化成电能，最常用的是利用热能、水能等推动发电机转子来发电，经输电、配电网络送往各种用电场合，而电动机又名马达，是将电能或其他形式的能量转化为机械能，用来驱动其他装置的电气设备。在生活中我们常利用的木柴、煤炭、石油等，通过燃烧将热能转化为电能、化学能、机械能等等也是能量守恒定律的应用。
