Định luật bảo toàn năng lượng cũng chính là Định luật 1 nhiệt động lực học. Theo định luật này, tổng năng lượng của một hệ kín là không đổi. Phát biểu cách khác:

Một hệ quả của định luật này là khi không có công thực hiện trên hệ, hay hệ không sinh công, đồng thời khi nội năng của hệ không đổi (nhiều khi được thể hiện qua nhiệt độ không đổi), tổng thông lượng năng lượng đi vào hệ phải bằng tổng thông lượng năng lượng đi ra:

Trong đó:

Ví dụ, với vật đen tuyệt đối, Fphản xạ = Ftruyền qua = 0, thì:

Từ mệnh đề đã phát biểu như trên ta có thể phát biểu ngắn gọn lại như sau: năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác mà thôi.

Một số ví dụ chứng minh cho sự chuyển hóa của năng lượng:

1) Nếu thả một hòn bi từ trên cao xuống một cái chén thì năng lượng của hòn bi là thế năng hấp dẫn, rơi vào chén và chuyển động quanh thành chén là động năng, đồng thời phát ra tiếng động là âm năng. Ngoài ra bi còn ma sát với thành chén tạo ra nhiệt năng, vậy ta có thể thấy từ một dạng năng lượng là thế năng đã bị chuyển hóa thành ba dạng năng lượng như đã nêu ở trên.

2) Ta thấy rằng khi đun một ấm nước thì nhiệt năng của cái bếp đã chuyển hóa thành động năng cho các phân tử nước bốc hơi lên bề mặt chất lỏng.