Ενώ πολλοί γνωρίζουν ότι η “αρνητική ενέργεια” αναφέρεται στο αρνητικό chi, την αρνητική αύρα ή με άλλο τρόπο την επιζήμια ενέργεια που εκπέμπει ένα άτομο, ο όρος έχει επίσης έναν επιστημονικό ορισμό. Με βάση την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, η αρνητική ενέργεια έχει να κάνει με τις εγγενείς διακυμάνσεις της ενέργειας που υπάρχουν σε οποιαδήποτε ενέργεια ή μαγνητικό πεδίο. Αυτή η μορφή «εξωτικής ύλης» είναι μια εξαιρετικά απρόβλεπτη δύναμη που έχει αποδειχθεί ότι υπάρχει μέσα σε πεδία μηδενικής ενέργειας. Αν και είναι δύσκολο να εντοπιστεί, αυτός ο τύπος ενέργειας εικάζεται ότι υπάρχει στο χείλος των μαύρων τρυπών και έχει αναφερθεί ως απαραίτητη προϋπόθεση για το ταξίδι στο χρόνο από τον Stephen Hawking.
Η έννοια της αρνητικής ενέργειας προτάθηκε από τον Βρετανό φυσικό Paul Adrien Maurice Dirac το 1928, ως συστατικό της εξίσωσης Dirac. Αυτή η εξίσωση σχεδιάστηκε για να είναι συνεπής με τα πρότυπα της ειδικής σχετικότητας. Σε αυτή την εξίσωση, ο Dirac περιέγραψε πώς οι κβαντικές καταστάσεις θετικής ενέργειας θα αντισταθμίζονταν από την αρνητική ενέργεια. Γενικά, αυτοί οι δύο τύποι ενέργειας θα εξισορροπήσουν ο ένας τον άλλον. Έτσι, μια αρνητική μορφή ενέργειας δεν είναι συνήθως παρατηρήσιμο φαινόμενο. Ωστόσο, στην περίπτωση ενός καθαρού κενού, οι καταστάσεις αρνητικής ενέργειας θα εκφράζονται για όλα τα άτομα εντός του κενού ενώ δεν θα εκφράζονται καταστάσεις θετικής ενέργειας. Αυτή η έννοια αναφέρεται ως η θάλασσα του Ντιράκ.
Θεωρητικά, μια τρύπα μπορεί να αναπτυχθεί στη θάλασσα του Ντιράκ εάν μια αδέσποτη ακτίνα γάμμα συγκρουστεί με ηλεκτρόνια σε αρνητική κατάσταση ενέργειας, μετατρέποντάς το έτσι σε θετικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο. Μια τέτοια τρύπα στη θάλασσα Dirac θα συμπεριφερόταν με τον αντίθετο τρόπο από το αρχικό, αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο. Το νέο θετικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο θα ήταν ένα παράδειγμα αντιύλης. Έτσι, η αντιύλη δεν πρέπει να συγχέεται με μια αρνητική κατάσταση ενέργειας.
Το 1948, ο Ολλανδός φυσικός Hendrick Casimir προέβλεψε ότι μια μικρή ελκτική δύναμη θα μπορούσε να υπάρξει ανάμεσα σε δύο αφόρτιστες, παράλληλες πλάκες στο κενό. Εάν οι πλάκες ακουμπούν πολύ κοντά η μία στην άλλη, παράγεται αρνητική ενέργεια αφού ο αριθμός των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μεταξύ των δύο πλακών γίνεται μικρότερος από αυτόν του περιβάλλοντος χώρου. Ουσιαστικά, μια αρνητική κατάσταση ενέργειας εμφανίζεται όταν τα μήκη κύματος των σωματιδίων σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου είναι μικρότερα από αυτό που μπορεί κανονικά να μετρηθεί.
Οι προβλέψεις του Casimir έχουν παρατηρηθεί σε δύο ξεχωριστά πειράματα. Το πρώτο πείραμα έλαβε χώρα το 1958 και επιτηρήθηκε από τον MJ Sparnaay. Παρήγαγε αποτελέσματα που ήταν συνεπή με τις θεωρίες του Casimir. Το δεύτερο πείραμα, από τον Steve K. Lamoreaux, διεξήχθη το 1997. Αντί να χρησιμοποιήσει δύο πλάκες στο πείραμα, ο Lamoreaux συνδύασε μια μονή πλάκα με μια άλλη πλάκα που ήταν μέρος μιας σχεδόν ακριβούς σφαίρας. Αυτό το πείραμα επιβεβαίωσε επίσης τις προβλέψεις του Casimir. Ενώ οι αρνητικές καταστάσεις ενέργειας μπορεί να μην είναι παρατηρήσιμες, έχουν αποδειχθεί τόσο θεωρητικά όσο και με πειράματα.