Legile energiei care guvernează interacțiunile dintre materie și energie, cum ar fi transferul de căldură de la un corp la altul în universul fizic, sunt definite cel mai fundamental de cele trei legi ale termodinamicii și de descoperirea lui Albert Einstein a teoriilor sale speciale și generale ale relativității. . Fizica însăși este construită pe aceste legi, precum și pe cele trei legi de bază ale mișcării definite de Isaac Newton și publicate pentru prima dată în 1687, care explică interacțiunea întregii materie. Domeniul mecanicii cuantice care a început să apară la începutul secolului al XX-lea a clarificat, de asemenea, circumstanțe speciale pentru legile energiei la scară subatomică, pe care se întemeiază o mare parte din civilizația modernă din 20.
Unul dintre principiile fundamentale ale legilor energiei clarificate de prima lege a termodinamicii este că energia nu este nici creată, nici distrusă. Toate formele de energie, cum ar fi energia luminii sau a sunetului, pot fi schimbate în alte forme, iar acest lucru a fost dezvăluit pentru prima dată la mijlocul anilor 1800 de lucrările lui James Joule, un fizician englez pionier, după care unitatea de bază a energiei, joule, a fost numit. După zece ani de gândire la natura relației dintre materie și energie, Albert Einstein a publicat celebra sa formulă în 1905 a E=MC2, care afirma că atât materia, cât și energia sunt versiuni ale aceluiași lucru și puteau fi schimbate una în alta ca bine. Deoarece ecuația afirmă că energia (E) este egală cu masa (M) ori viteza luminii la pătrat (C2), de fapt spunea că, dacă ai avea suficientă energie, ai putea-o transforma în masă și, dacă ai accelera suficient masa , îl poți transforma în energie.
A doua lege a termodinamicii a definit legile energiei afirmând că, în orice activitate în care era folosită energia, potențialul acesteia s-a diminuat sau a devenit din ce în ce mai puțin disponibilă pentru lucrări ulterioare. Aceasta a reflectat principiul entropiei și a explicat unde s-a dus energia când căldura sau lumina au scăpat în împrejurimi, ceea ce a nedumerit omenirea de secole. Entropia este ideea că nivelurile ridicate de energie concentrată, cum ar fi cea din combustibil înainte de a fi ars, în cele din urmă se răspândesc în spațiu ca căldură reziduală și nu pot fi recuperate. Era în armonie cu prima lege a termodinamicii, deoarece energia nu era distrusă, dar s-a pierdut accesul la ea.
A treia lege a termodinamicii a fost clarificată în 1906 de cercetările efectuate de Walther Nernst, un chimist german. A dezvăluit că era imposibil să se creeze o regiune a spațiului sau materiei în care să existe energie zero, care să răcească regiunea la cea mai scăzută temperatură posibilă de zero absolut. Aceasta a susținut prima și a doua lege a termodinamicii, în sensul că energia ar fi întotdeauna disponibilă în spațiu sau materie într-o anumită măsură, chiar dacă nu ar putea fi valorificată pentru muncă utilă.
Actualizările lui Einstein cu privire la înțelegerea noastră a legilor energiei au făcut posibile multe tehnologii moderne, cum ar fi energia nucleară. De asemenea, legile mișcării lui Newton le-au arătat oamenilor de știință și inginerilor cum să valorifice relația dintre materie și energie pentru a genera forța și traiectoria necesare pentru a pune sateliții pe orbită sau pentru a trimite sonde spațiale către planetele din apropiere. Mecanica cuantică a contribuit la înțelegerea modului în care energia este utilizată și transferată pentru a crea tehnologii precum laserele, tranzistoarele care stau la baza tuturor sistemelor informatice și echipamente medicale avansate, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică (IRM).