Οι νόμοι της ενέργειας που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ύλης και ενέργειας, όπως η μεταφορά θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο στο φυσικό σύμπαν, ορίζονται πιο θεμελιωδώς από τους τρεις νόμους της θερμοδυναμικής και την ανακάλυψη των ειδικών και γενικών θεωριών της σχετικότητας από τον Albert Einstein. . Η ίδια η φυσική βασίζεται σε αυτούς τους νόμους, καθώς και στους βασικούς τρεις νόμους της κίνησης που ορίστηκαν από τον Ισαάκ Νεύτωνα και δημοσιεύθηκαν για πρώτη φορά το 1687, οι οποίοι εξηγούν την αλληλεπίδραση όλης της ύλης. Το πεδίο της κβαντικής μηχανικής που άρχισε να αναδύεται στις αρχές του 20ου αιώνα αποσαφήνισε επίσης ειδικές συνθήκες για τους νόμους της ενέργειας σε υποατομική κλίμακα, πάνω στην οποία βασίζεται μεγάλο μέρος του σύγχρονου πολιτισμού από το 2011.
Μία από τις θεμελιώδεις αρχές των νόμων της ενέργειας που γίνεται σαφής από τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής είναι ότι η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται. Όλες οι μορφές ενέργειας, όπως η φωτεινή ή η ηχητική ενέργεια, μπορούν να μεταβληθούν σε άλλες μορφές, και αυτό αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά στα μέσα του 1800 από το έργο του Τζέιμς Τζουλ, ενός πρωτοπόρου Άγγλου φυσικού μετά τον οποίο η βασική μονάδα ενέργειας, το τζάουλ, ήταν ονομάστηκε. Μετά από δέκα χρόνια σκέψης σχετικά με τη φύση της σχέσης μεταξύ ύλης και ενέργειας, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε τη διάσημη φόρμουλα του το 1905 του E=MC2, που έλεγε ότι τόσο η ύλη όσο και η ενέργεια ήταν εκδοχές του ίδιου πράγματος και μπορούσαν να μεταβληθούν η μια στην άλλη ως Καλά. Δεδομένου ότι η εξίσωση δηλώνει ότι η ενέργεια (Ε) ισούται με μάζα (M) επί την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο (C2), στην πραγματικότητα δήλωνε ότι, εάν είχατε αρκετή ενέργεια, θα μπορούσατε να τη μετατρέψετε σε μάζα και, εάν επιταχύνατε αρκετά τη μάζα , θα μπορούσατε να το μετατρέψετε σε ενέργεια.
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής όρισε τους νόμους της ενέργειας δηλώνοντας ότι, σε οποιαδήποτε δραστηριότητα όπου χρησιμοποιήθηκε ενέργεια, το δυναμικό της μειώνονταν ή γινόταν όλο και λιγότερο διαθέσιμο για περαιτέρω εργασία. Αυτό αντανακλούσε την αρχή της εντροπίας και εξήγησε πού πήγαινε η ενέργεια όταν η θερμότητα ή το φως διέφευγε στο περιβάλλον, το οποίο είχε προβληματίσει την ανθρωπότητα για αιώνες. Η εντροπία είναι η ιδέα ότι τα υψηλά επίπεδα συμπυκνωμένης ενέργειας, όπως αυτά στο καύσιμο πριν καούν, εξαπλώνονται τελικά στο διάστημα ως άχρηστη θερμότητα και δεν μπορούν να ανακτηθούν. Ήταν σε αρμονία με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής γιατί η ενέργεια δεν καταστρεφόταν, αλλά χάθηκε η πρόσβαση σε αυτήν.
Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής αποσαφηνίστηκε το 1906 από έρευνα που διεξήχθη από τον Walther Nernst, Γερμανό χημικό. Αποκάλυψε ότι ήταν αδύνατο να δημιουργηθεί μια περιοχή του χώρου ή της ύλης όπου υπήρχε μηδενική ενέργεια, η οποία θα ψύξει την περιοχή στη χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία του απόλυτου μηδέν. Αυτό υποστήριξε τον πρώτο και τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής στο ότι η ενέργεια θα ήταν πάντα διαθέσιμη στο διάστημα ή στην ύλη σε κάποιο βαθμό, ακόμα κι αν δεν μπορούσε να αξιοποιηθεί για χρήσιμη εργασία.
Οι ενημερώσεις του Αϊνστάιν σχετικά με την κατανόησή μας για τους νόμους της ενέργειας κατέστησαν δυνατές πολλές σύγχρονες τεχνολογίες, όπως η πυρηνική ενέργεια. Επίσης, οι νόμοι κίνησης του Νεύτωνα έδειξαν σε επιστήμονες και μηχανικούς πώς να εκμεταλλευτούν τη σχέση μεταξύ ύλης και ενέργειας για να δημιουργήσουν τη δύναμη και την τροχιά που απαιτούνται για να βάλουν δορυφόρους σε τροχιά ή να στείλουν διαστημικούς ανιχνευτές σε κοντινούς πλανήτες. Η κβαντομηχανική έχει συμβάλει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ενέργεια χρησιμοποιείται και μεταφέρεται για τη δημιουργία τεχνολογίας όπως λέιζερ, τρανζίστορ που αποτελούν τη βάση όλων των συστημάτων υπολογιστών και προηγμένο ιατρικό εξοπλισμό όπως η μαγνητική τομογραφία (MRI).