Năm 1843, Joule độc lập phát hiện ra sự tương đương cơ học trong một loạt các thí nghiệm. Thí nghiệm nổi tiếng nhất trong số chúng đã sử dụng "máy Joule": trọng lượng giảm dần, được gắn vào một chuỗi, gây ra sự quay của một mái chèo ngâm trong nước, thực tế cách nhiệt từ truyền nhiệt. Nó cho thấy rằng năng lượng hấp dẫn bị mất bởi trọng lượng giảm dần bằng với năng lượng bên trong mà nước thu được thông qua ma sát với mái chèo.

Trong Hệ đo lường quốc tế (SI), đơn vị năng lượng là joule, được đặt theo tên của James Prescott Joule. Nó là một đơn vị dẫn xuất. Nó tương đương với năng lượng tiêu hao (hoặc công hoàn thành) khi tác dụng một lực của một newton thông qua khoảng cách một mét. Tuy nhiên, năng lượng cũng được biểu thị ở nhiều đơn vị khác không phải là một phần của SI, chẳng hạn như erg, calo, Đơn vị Nhiệt Anh, kilowatt-giờ và kilocalories, đòi hỏi hệ số chuyển đổi khi được biểu thị bằng đơn vị SI.

Đơn vị SI của tốc độ năng lượng (năng lượng trên một đơn vị thời gian) là watt, là một joule mỗi giây. Do đó, một joule là một watt-giây và 3600 joule bằng một watt-giờ. Đơn vị năng lượng CGS là erg và đơn vị thông thường của Anh và Hoa Kỳ là feet-pound. Đơn vị năng lượng khác như Electronvolt, calo thức ăn hoặc nhiệt động lực học kcal (dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của nước trong một quá trình làm nóng), và BTU được sử dụng trong lĩnh vực cụ thể của khoa học và thương mại.