能量转化和守恒定律（也称能量守恒原理）是１９世纪具有决定意义的三大科学发现之一。它是在１０世纪３０年代至５０年代由法国的工程师卡诺，丹麦的柯尔丁，德国的医生迈尔、生理学教授赫尔姆霍茨，英国的酿酒商焦耳、律师格罗夫、勋爵开尔文竺人，即所谓集体的“牛顿”，从蒸汽机效率、人体新陈代谢、电磁热效应等不同的侧面务自独立地发现的。这是通过业余研究进行发明的典型例子。能量转化和守恒定律提示了机械、热、电、磁、化学等各种运动形式之间的统一性，不仅是继牛顿力学之后完成的物理学的第二次大综合，而且为马克思主义哲学的辩证唯物主义自然观的创立奠定了坚实的自然科学基础。它正式宣告了“永动机”是不可能制造出来的。
　　１８世纪末，法国人拉瓦锡在研究化学现象的时候认识到，化学反应伴随着热量交换，从美国移居到欧洲的科学家伦福德伯爵，在慕尼黑制造炮筒时，发现机械功产生大量的热。１９世纪初，卡诺产生了能量守恒和转化的想法。１８４２年，德国人迈尔从压缩气体所做的功转变成热量这个假定出发，估算了热功当量的。他批出，热在锅里产生，能过蒸汽机在转动的轮子上变成机械功，又在车轴、轮箍和轨道上转变成热，１８４２年，英国的析罗夫在一次讲演中，用当时的认训叙述了能量相互转化的关系，他还出版了《物理力和相互关系》一书，进一步说明了能量转化和守恒的原理。
　　公元１８４０－１８４８年，焦耳做了大量实验，精确地测定了在机械功、电、热等不同能量形式之间的转化关系。他发现了电流通过导线所产生的热量同电流强度的平方和电阻值成正比，也就是焦耳定律。他测定了压缩气体所优质的功和温度升高之间的关系，还测定了搅拌水所优质的机械功和水温升高的关系。焦耳通过实验获得了准确的热功当量的数值，因此人们常常把焦耳当作发现能量转化和守恒定律的代表人物。当时，焦耳的研究没有引起人们的注意，英国皇家学会曾经拒绝发表他的论文。直到１８４７年，英国科学促进协会开会的时候，他的研究成果才得到重视。１９世纪阿０年代，英国的开尔文勋爵和德国物理学赫尔姆霍茨、克劳胥斯等人，都对确定能量转化和守恒定律作了不少贡献。所以说，能量守恒和转化定律是力学。热力学、电学等许多学科发展能量守恒和转化定律是力学、热力学、电学等许多学科发展到一定阶段的产物，是不同国家的科学家共同努力的结晶。
　　能量转化和守恒定律有许多表述形式，从一个物质系统传递给另一个物质系统在转化和转递中，能量不变。这个定律在热力学上的表现是：物质系统从外界吸收的热量等于这个系统里能的增加量和它结外所优质的功的总和，这就是热力学第一定律。