قانون پایستگی انرژی بیان می کند که کل انرژی یک سیستم ایزوله شده در گذر زمان ثابت باقی می ماند. این قانون بدان معنی است که انرژی نه ایجاد می شود و نه می تواند ناپدید شود. بلکه فقط می تواند از نوعی به نوع دیگر تبدیل شود. به عنوان مثال، وقتی یک دینامیت منفجر می شود، انرژی شیمیایی به انرژی جنبشی تبدیل می شود. اگر بخواهیم تمام اشکال انرژی که در انفجار منتشر شده است، از جمله انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل قطعات و انرژی گرما و صدا را نیز محاسبه کنیم، مجموع تمام این اشکال انرژی برابر است با مقدار انرژی شیمیایی که در انفجار دینامیت مصرف شده است.
از دیدگاه فیزیک کلاسیک، پایستگی انرژی از پایستگی جرم متفاوت است. با این حال، نسبیت خاص نشان داد که جرم و انرژی قابل تبدیل به یکدیگر می باشند و اکنون علم این دیدگاه را به عنوان قانون پایستگی جرم-انرژی پذیرفته است.
یکی از نتایج قانون پایستگی انرژی این است که هیچ گاه یک ماشین حرکتی دائمی از نوع اول نمی تواند وجود داشته باشد. بدین معنی که هیچ سیستمی بدون عرضه انرژی نمی تواند انرژی نامحدودی را به محیط اطرافش منتقل کند.
فیلسوفان باستان که قدیمی ترین آنها در این زمینه تالس است، ۵۵۰ سال قبل از میلاد، برخی از مواد اساسی زندگی بشر را پایسته می دانستند.
با این حال، هیچ دلیل خاصی برای مطابقت این امر با چیزی که ما امروز به عنوان “انرژی جرم” می دانیم وجود ندارد. به عنوان مثال، تالس تصور می کرد آب پایسته باشد.
در سال ۱۶۰۵، سیمون استیونوس تعدادی از مشکلات در استاتیک را بر اساس این اصل که وجود ماشین حرکت دائمی غیرممکن است، حل کرد.
در سال ۱۶۳۹ گالیله تجزیه و تحلیل خود را از چندین منظر متفاوت منتشر کرد، از جمله “آونگ متوقف شده” که در این آزمایش انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود و دوباره این انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل باز گردانده می شود.
او اشاره کرد که با بالا رفتن ارتفاع گلوله در آونگ انرژی پتانسیل افزایش می یابد و در بالاترین نقطه تمام انرژی به انرژی پتانسیل تبدیل می شود و هر چه ارتفاع گلوله پایین تر باشه از انرژی پتانسیل آن کاسته و به انرژی جنبشی و سرعت آن افزوده می شود. جنبه قابل توجه این مشاهدات این است که ارتفاعی که جسم متحرک در محیطی دارای اصطکاک طی می کند، به شکل جسم بستگی ندارد.
در سال ۱۶۶۹، کریستیان هویگنس قوانین برخوردش را منتشر کرد. در میان مقادیری که او قبل و بعد از برخورد اجسام فهرست کرده بود، مجموع جرم ها و مجموع انرژی های جنبشی اجزای برخورد محاسبه شده بود و مشاهده می شد که پایستگی بین آنها برقرار است.
با این حال، در آن زمان هنوز تفاوت بین ضربه الاستیک و غیر الاستیک درک نشده بود. این موضوع باعث شد که محققان بعدی دربارهی اینکه کدام یک از این پایستگی ها مهم تر هستند، نظرات متفاوتی داشته باشند.
واقعیت این است که انرژی جنبشی اسکالر است، برخلاف تکانه ی خطی که یک بردار است و از این رو برای محاسبات آسان تر، چاره ای جز پیروی از فرمول بندی لایبنیتس نداریم. لایبنیتس در طول سال های ۱۶۷۶-۱۶۸۹ اولین بار توانست فرمول بندی ریاضی برای محاسبه ی انرژی جنبشی، به دست آورد.
در سال ۱۶۸۷، ایساک نیوتن قوانین خود را منتشر کرد، که همگی در محدوده ی مفهوم نیروی و تکانه قرار گرفته بود. با این حال، محققان به سرعت تشخیص دادند که اصولی که در این قوانین مطرح شده اند، هر چند که برای اجسام سخت ولی به خوبی قابل توجیه و استفاده اند اما برای توده ای از اجسام، و یا برای مایعات مناسب نیستند. بنابراین اصول دیگری نیز مورد نیاز بود.
کارل فریدریش مور، در مقاله ای به نام «طبیعت حرارت یا گرما» که در سال ۱۸۳۷ منتشر شد، یکی از اولین پیشینه های پایستگی انرژی را بنیان نهاد. وی ادعا کرد: “علاوه بر ۵۴ عنصر شیمیایی شناخته شده در جهان، تنها یک عامل فیزیکی وجود دارد که می توان آن را به نام انرژی یا کار شناخت.
این عامل فیزیکی بر طبق شرایط، ممکن است به عنوان حرکت، وابستگی شیمیایی، جاذبه ی مولکولی، برق، نور و مغناطیس ظاهر شود. هر یک از این فرم ها را می توانند به هر یک از فرم های دیگر تبدیل کرد.”
یک مرحله کلیدی در توسعه اصل پایستگی مدرن، اثبات معادل مکانیکی گرما بود. نظریه ها نشان دادند که گرما نمی تواند ایجاد و یا نابود شود، در حالی که پایسته بودن انرژی مستلزم آن است که کار گرما و کار مکانیکی قابل تبدیل به یکدیگر باشند.
در اواسط قرن هجدهم، میخائیل لومونسوف، دانشمند روسی، نظریه حرارتی فروسرخ-جنبشی خود را مطرح کرد، که ایده های پیشین را رد کرد.
در سال ۱۸۴۴، ویلیام رابرت گروو رابطه بین مکانیک، گرما، نور، برق و مغناطیس را به شکل مجموعه ای به عنوان ظهور یک نیرو(که بیانگر انرژی در فیزیک مدرن است) قرار داد. در سال ۱۸۴۶، گروو نظریه های خود را در کتاب خود به نام «همبستگی نیروهای فیزیکی» منتشر کرد.