人们通常把牛顿1687年出版《原理》视为定量理论物理学建立的里程碑。 当时惠更斯、莱布尼茨等科学家已经开始认识到，运动物体碰撞后，除了动量外，某些物理量是守恒的，他们称之为“活力”，其定义为物体的质量×速度×速度。 他们发现，在某些影响下，活力得以保留。 现在回想起来，这大致定义了运动物体的动能。
当然，这些专家很快意识到生命力并不总是守恒的。 今天我们知道，动能只有在不转化为其他形式的能量时才守恒，而在实际碰撞中动能常常转化为热能。 然而，“热”的概念在当时的物理学界还很模糊。 在原子理论还不存在的时代，要弄清楚热的含义确实很困难。
到了18世纪，以法国科学家拉瓦锡为首的学者开始提出热量理论。 人们相信热是一种流动、传播且永不消失的物质。 它有自己的排斥力，驱使它向外扩散。 该理论可以解释不同物体的不同热容，以及热胀冷缩现象。 但这并不能解释为什么相同温度的锤子敲击金属时会产生热量。 因此，人们提出了“势热”的概念来补充热量理论。
这个理论与18世纪刚刚发现的电现象非常吻合，因此18世纪的物理学家开始梦想一个“一切都是流体”的标准模型。 到了18世纪末，尽管热量理论仍然存在一些无法进一步解释的问题，例如摩擦为什么会产生热量，但它已经成为当时的标准物理理论。
热量理论本身当然是错误的，但在揭示其内部问题的过程中，能量守恒定律开始慢慢显现出来。 在这个过程中，有三个关键人物。
第一个是厄尔·拉姆福德什么叫能量守恒定律，他的真名是汤普森。 他是一位发明家、军人、科学家和贵族。 他是一个好奇心极强，具有强烈的探索精神和创业精神的人。 他一生经历过许多冒险。 他在商业上并不成功。 他在制造炸药时差点自杀。 他娶了一个富有的寡妇，一夜暴富。 后来，他因支持英国独立战争而抛弃妻子出逃。 他定居巴伐利亚，并因多项发明而被禁止。 主啊，终于荣耀归来了。 在他的一生中，他对科学有着浓厚的兴趣，并进行了各种实验。
拉姆福德最伟大的成就是用镗刀在水中摩擦枪管的实验。 在摩擦过程中，极少量的物质损失，并产生大量的热量，动摇了热量理论的基础。 他进一步提出了热力学理论，指出热是一种运动形式，而不是物质。 然而，在拉姆福德的一生中，热力学理论并没有被广泛接受。
19世纪初，天文学家赫歇尔研究了不同颜色光的不同加热效应，发现除了肉眼看不见的红光以外的区域具有更强的加热效应。 尽管他没有意识到，这是科学史上首次有记录的红外光发现。 事实上，具有最强热效应的光谱（红色/红外）与具有最强亮度的光谱（黄色）不匹配，这对物理学家来说是一个谜。 电磁辐射与物质相互作用的影响直到一百多年后才被发现。 热量理论的支持者提出，光束和不可见热量光束的存在“完美”地解释了这一现象。 当时，没有人怀疑光是一种物质，因此在19世纪初，热量理论变得更加强大。
下一个挑战热量理论的人是德国医生迈耶。 这也是特立独行的性格。 拿到行医执照后，他不顾父母的反对，决定“世界那么大什么叫能量守恒定律，我要去看看”。 于是他当了一名船医，乘坐三桅船爪哇号前往印度尼西亚。 这次旅行奠定了他在科学史上的地位。
航程历时101天，其中67天在海上，看不到陆地。 船上医生的工作还是比较轻松的。 迈耶大部分时间都在阅读科学书籍、思考以及与他的团队聊天。 1840年，这艘船终于抵达了今天的雅加达。 几名船员抵达港口后感染了肺部疾病。 19世纪的医疗习俗是生病时先放血。 在放血过程中，迈尔惊讶地发现，船员们的静脉血呈鲜红色，更接近他所熟悉的动脉血的颜色。 他与当地其他医生交谈后发现，这在印度尼西亚很正常。
当时的医学已经知道人体需要消耗血液中的氧气才能产生热量。 迈尔因此得出结论，热带地区不需要那么多的热量来维持体温，导致血液中的耗氧量较少，静脉血中的含氧量较高。 当然，其实用热量理论也可以解释为身体吸收了更多的热量。 但迈尔的直觉告诉他，大气的热量和人体的热量之间存在着平衡，存在着某种守恒定律的物理概念。 据说，他在雅加达时与水手聊天得知，暴风雨过后海水总是更热，大风浪的部分动能转化为热能。 就这样，迈尔终于得出了“能量”的概念。 在他之前，许多人认识到热是一种运动形式，但迈尔是第一个认识到“热”以多种形式存在并且可以在它们之间自由转换的人。
返回德国后，迈尔继续行医，并开始寻找发表论文的方法。 他在物理学界默默无闻的同时遇到了许多障碍。 最后，他在1842年5月发表了论文《论无机世界中的力》，该文排名论文第一。 节能的概念首先被提出。 在他的论文中，他将能量称为“力”。 这篇论文中有很多超前于时代的概念，比如物质和“力”之间的平行关系，两者都可以自由变换成不同的形式，但总量是守恒的。
不幸的是，由于运气和政治因素，迈尔的论文并没有引起人们的注意。 后来，他在1842年发表了另一篇论文，描述了自然界中的五种能量：势能、动能、热能、电磁能和化学能，并解释了五种能量之间的转换。 1847年，焦耳发表了一篇关于热功等效的论文。 也许是感受到了威胁，焦尔在文章中反驳了迈耶的计算。 随后，双方进行了多次辩论。 在学术界并不出名的迈尔被击败了。 他的两个女儿相继去世。 随后，承受不了学业和生活双重打击的迈尔精神崩溃，被关进了疯人院。 直到 1862 年他才出院。
幸运的是，他的理论引起了几位科学家的注意。 爱尔兰物理学家约翰·廷德尔传播了他的理论，并使学术界认识了梅耶尔。 一位不知名的德国医生被认为对热进行了最先进的研究，这极大地损害了英国人的自尊。 但随之而来的无休止的争论让迈尔的名字广为人知。 1871年，迈尔终于获得了伦敦皇家学会的奖章，以表彰他对科学的巨大贡献。
拉姆福德和迈耶的思想虽然具有划时代性，但他们都不是科班出身，理论也不严谨。 真正量化能量守恒定律的人就是前面提到的焦耳。
焦耳是啤酒厂老板的第二个儿子。 他和弟弟出身于富裕家庭，好奇心很强，从小就受到了良好的教育。 他们师从伦敦皇家科学院物理学家、原子理论的发明者约翰·道尔顿。 他也在那时接触了新发明的电动机。 Young Joule声称：“我确信未来电力将取代蒸汽来驱动电机。” 1838年，年仅19岁的焦耳发表了一篇关于改进电动机的论文。
此后，焦耳一直致力于改进电动机，但他很快就遇到了瓶颈。 无论他如何改变磁铁的设计，都无法增加电机的功率。 后来，他意识到所有这些电机都连接到同一个电池上，并了解到限制电机功率的原因是电池本身。 于是他发明了检流计来测量电流的强弱，立即发现电流的强弱与电磁铁的磁力之间存在着数学关系。
和拉姆福德和迈耶一样，焦耳有一段时间痴迷于建造永动机，他在这个过程中遇到了各种限制。 他最终将电动机的效率提高到了当时可以达到的极限，但他清楚地意识到这是一个死胡同。 有一种他不理解的力量限制了电机的效率。
他转而研究热与电之间的关系。 他在这条路上越走越远，很快发现电加热和热电解之间存在着恒定的关系。 热能和电能以固定的比例相互转换。 他由此直接得出结论：电池产生的热量与参与化学反应的原子数量成正比。 从我们今天的角度来看，这几乎是能量守恒定律的直接表述。
在建立了电能、化学能和热能之间的关系后，焦耳现在唯一不确定的是机械能，但随着他对电动机的兴趣，它们之间的联系是不可避免的。
最后，1845年，焦耳设计了一个热能和机械能转换的实验，并测出了热功当量：将1磅水的温度升高1华氏度所需的热量可以换算成所需的热量。用一只脚举起 838 磅重的物体。 所需的机械力。
但这个想法还是太超前了，花了几年时间才得到广泛支持。 后来，物理学家雷诺这样评价，语气不无讽刺：
对于现在的读者来说，焦耳的早期论文被当时许多著名的物理学家忽视可能会感到惊讶和愤怒。 他们觉得那一代学者充满了偏见和短视。 但事实上，这是焦耳在自然哲学方面取得的巨大进步所获得的最高奖章。
所以走在时代前面的人总是孤独的。 幸运的是，这些年来焦耳的受欢迎程度逐渐提高。 1847年，在伦敦皇家学院演讲时，一位听众起初持怀疑态度，但在焦耳演讲后被说服，两人一拍即合。 他就是威廉·汤普森，后来的开尔文男爵，一位年轻的科学家，当时已经是英国科学界的明星。 在汤普森的支持下，焦耳很快就获得了科学界的广泛支持。 能量守恒终于得到了广泛的接受。
焦耳在描述能量时仍然使用“活力”这个词。 英语中这个词是由苏格兰工程师于1853年创造的。它来源于古希腊语ἐνέργεία的变体，意思是活动或操作。
能量守恒定律的第一个影响是终止了许多永动机的创造。 它在科学上最著名的应用是β衰变。 20 世纪 20 年代，科学家们意识到能量在这种衰变中并不守恒。 虽然当时有些物理学家想用这个来推翻能量守恒定律（看你玻尔），但泡利在1930年提出，衰变中的能量差异可能对应于一个不带电荷、几乎无质量、几乎不平衡的相互作用粒子事情。 十多年后，这种“幽灵粒子”被发现并命名为中微子（β衰变实际上会发射反中微子）。
1915年，德国数学家埃米·诺特证明了著名的诺特定理，该定理从数学层面奠定了所有守恒定律的基础。 该定律的松散表述是：任何具有连续对称性的系统都会有相应的守恒量。 也就是说，每一个连续的对称变换都对应着一个守恒定律，而时间平移（即物理定律不会因时间变化而改变）下的对称性所对应的守恒量正是能量。 这正式确立了能量守恒的先决条件，并为其在相对论和量子力学中的应用奠定了数学基础。
