能量守恒定理可以叙述为，一个系统的总能量的改变只能等于传入或则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方式的总和。这就是我们日常所说的能量既不会陡然形成，也不会陡然消失，它只会从一种方式转化为另一种方式，或则从一个物体转移到其它物体，而能量的总数保持不变。能量守恒定理也叫热力学第一定理。
焦耳热功当量实验是初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、势能之间可以互相转化。焦耳当时在马达线圈的转轴上绕两根细线，分别越过相距一定距离的定滑轮后垂挂几美元重的砝码。线圈浸在量热器的水底。由砝码下落距离可算出机械功大小，由温度变化可算出热量多少，借此估算出了热功当量，也验证了能量守恒定理。
发电机与电动机工作中借助了能量守恒定理。发电机是将机械能或其它方式的能转化成电能，最常用的是借助热能、水能等带动发电机定子来发电，经输电、配电网路送往各类用电场合，而电动机亦称电机，是将电能或其他方式的能量转化为机械能，拿来驱动其他装置的电气设备。在生活中我们常借助的柴火、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理的应用。
保守热学系统：在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能/势能），能量守恒具体抒发为机械能守恒定理。
热力学系统：能量抒发为内能，热量和功，能量守恒的抒发方式是热力学第一定理。
核热学系统：在核聚变、核裂变过程中验证机械能守恒定律，形成大量能量的同时，有大量的粒子射出，所以物体的质量在减小。如果核聚变、核裂变的过程可逆，这么就须要大量的粒子和大量的能量来构成核聚变、核裂变的逆变过程。核聚变与核聚变逆变、核裂变与核裂变逆变之间，它们的能量是守恒、质量也是守恒。
总的流进系统的能量必等于总的从系统中流出的能量加上系统内部能量的变化，能量就能转换，从一种形态转弄成另一种形态。
系统中存储能量的降低等于步入系统的能量除以离开系统的能量。
能量守恒定理的重要意义
能量守恒定理，是自然界最普遍、最重要的基本定理之一。从数学、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各类能量验证机械能守恒定律，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的借助，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定理是人们认识自然和借助自然的有力装备。
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能量守恒和转化定理的发觉
能量守恒和转化定理的发觉
能量守恒和能量转化定理与细胞学说，进化论称作19世纪自然科学的三大发觉。而其中能量守恒和转化定理的发觉，却是和一个“疯子”医生联系上去的