Potentiaalienergia on paikan tallennettu energia. Sitä voidaan ajatella energiana, jonka mikä tahansa fyysinen järjestelmä “tallentaa”. Sitä kutsutaan potentiaaliseksi, koska se ei nykyisessä muodossaan tee mitään tai aiheuta muutoksia ympäristöönsä. Sillä on kuitenkin mahdollisuus muuntaa erilaisiin energiamuotoihin, kuten kineettiseen energiaan. Vakioyksikkö tällaisen energian mittaamiseen on joule.
Kun esine siirretään alkuperäisestä paikastaan ja energia vetää sen takaisin tähän asentoon, potentiaalinen energia pyrkii olemaan olemassa. Esimerkiksi jousen päässä olevassa pallossa on energiaa, joka muuttuu liike -energiaksi, kun sen annetaan palata alkuperäiseen asentoonsa. Maan yläpuolella pidettävä paino saa vapautettaessa potentiaalista energiaa, kun painovoima vetää sen takaisin alkuperäiseen asentoonsa.
Yksi tämän tyyppisen energian tärkeimmistä periaatteista on energian säilymisen laki, jonka mukaan energiaa ei voida luoda eikä tuhota. Esineen nostamiseen tai jousen puristamiseen käytetty energia ei yksinkertaisesti katoa, se “varastoituu” potentiaalienergiaksi. Sitten se vapautuu kineettisenä energiana palautusvoiman avulla. Syötetty energia on yhtä suuri kuin tuotettu energia; yleisestä energiasta ei ole hyötyä tai menetystä.
Potentiaalienergiaa on monia erilaisia. Joustavaa energiaa on olemassa, kun joustavaa esinettä, kuten jousta tai kuminauhaa, venytetään tai muutetaan muodonmuutoksesta rasituksen alaisena. Mahdollinen kemiallinen energia liittyy molekyylin kemiallisiin sidoksiin. Kemiallisissa reaktioissa kemiallinen potentiaalinen energia muuttuu muuksi energiaksi, kun sidokset katkeavat ja uudistuvat. Potentiaalisella sähköenergialla on kolme päämuotoa: sähköstaattinen, sähködynamiikka ja ydin.
Mahdollinen sähköstaattinen energia on olemassa, kun varautunut hiukkanen on levossa. Sillä on potentiaalienergiaa, koska se on suhteessa muihin varautuneisiin hiukkasiin. Potentiaalinen sähköinen dynaaminen energia on olemassa liikkuvien varautuneiden hiukkasten vuoksi. Nämä hiukkaset voivat muodostaa sähkömagneettisen kentän, joka voi siirtää muita esineitä. Mahdollista ydinvoimaa on olemassa atomien ytimessä olevien subatomisten hiukkasten, kuten protonien, elektronien ja neutronien, välisen suhteen vuoksi.