Việc bảo toàn năng lượng là một đặc điểm phổ biến trong nhiều lý thuyết vật lý. Từ quan điểm toán học, nó được hiểu là hệ quả của định lý Noether, được Emmy Noether phát triển vào năm 1915 và xuất bản lần đầu tiên vào năm 1918. Định lý nêu mọi đối xứng liên tục của một lý thuyết vật lý có một đại lượng bảo toàn liên quan; nếu tính đối xứng của lý thuyết là bất biến theo thời gian thì đại lượng được bảo toàn được gọi là "năng lượng". Định luật bảo toàn năng lượng là hệ quả của sự đối xứng dịch chuyển của thời gian; bảo toàn năng lượng được ngụ ý bởi thực tế thực nghiệm rằng các định luật vật lý không thay đổi theo thời gian. Về mặt triết học, điều này có thể được tuyên bố là "không có gì phụ thuộc vào thời gian mỗi lần". Nói cách khác, nếu hệ thống vật lý bất biến dưới sự đối xứng liên tục của dịch thời gian thì năng lượng của nó (là đại lượng liên hợp chính tắc với thời gian) được bảo toàn. Ngược lại, các hệ thống không bất biến theo thời gian (ví dụ, các hệ thống có năng lượng tiềm năng phụ thuộc thời gian) không thể hiện sự bảo toàn năng lượng   - trừ khi chúng ta xem xét chúng để trao đổi năng lượng với hệ thống khác, hệ thống bên ngoài để lý thuyết về hệ thống mở rộng trở thành bất biến thời gian một lần nữa. bảo toàn năng lượng cho các hệ hữu hạn có giá trị trong các lý thuyết vật lý như thuyết tương đối đặc biệt và lý thuyết lượng tử (bao gồm cả QED) trong không gian phẳng.