Energian lait, jotka säätelevät aineen ja energian välisiä vuorovaikutuksia, kuten lämmön siirtyminen ruumiista toiseen fyysisessä universumissa, määritellään perusteellisesti kolmen termodynamiikan lain ja Albert Einsteinin löytämän erityisten ja yleisten suhteellisuusteorioiden perusteella. . Fysiikka itsessään perustuu näihin lakeihin sekä Isaac Newtonin määrittelemiin ja vuonna 1687 julkaistuihin kolmeen peruslakiin, jotka selittävät kaiken aineen vuorovaikutuksen. Kvanttimekaniikan ala, joka alkoi nousta esiin 20-luvun alussa, selvensi myös erityisolosuhteita energialakeille aliatomiasteikolla, jolle suuri osa nykyaikaisesta sivilisaatiosta perustuu vuonna 2011.
Yksi energian lakien perusperiaatteista, jonka termodynamiikan ensimmäinen laki teki selväksi, on se, että energiaa ei luoda eikä tuhota. Kaikki energiamuodot, kuten valo- tai äänienergia, voidaan muuttaa muihin muotoihin, ja tämä paljastettiin ensimmäisen kerran 1800-luvun puolivälissä James Joulen, uraauurtavan englantilaisen fyysikon, työstä, jonka jälkeen energian perusyksikkö, joule, nimetty. Kymmenen vuoden pohdittuaan aineen ja energian välisen suhteen luonnetta Albert Einstein julkaisi vuonna 1905 kuuluisan kaavansa E = MC2, jossa todettiin, että sekä aine että energia ovat versioita samasta asiasta ja ne voidaan muuttaa toisiksi hyvin. Koska yhtälö sanoo, että energia (E) on yhtä suuri kuin massa (M) kertaa valon nopeus neliössä (C2), se itse asiassa ilmoitti, että jos sinulla olisi tarpeeksi energiaa, voit muuntaa sen massaksi ja jos kiihdytit tarpeeksi massaa , voit muuttaa sen energiaksi.
Termodynamiikan toinen laki määritteli energian lait ilmoittamalla, että missä tahansa toiminnassa, jossa energiaa käytettiin, sen potentiaali väheni tai siitä tuli yhä vähemmän käytettävissä jatkotyöhön. Tämä heijasti entropian periaatetta ja selitti, mihin energia kului, kun lämpö tai valo pakeni ympäristöön, mikä oli ihmetyttänyt ihmiskuntaa vuosisatojen ajan. Entropia on ajatus siitä, että korkea pitoisuusenergia, kuten polttoaineessa ennen polttamista, leviää lopulta avaruuteen hukkalämmönä eikä sitä voida ottaa talteen. Se oli sopusoinnussa termodynamiikan ensimmäisen lain kanssa, koska energiaa ei tuhottu, mutta pääsy siihen menetettiin.
Termodynamiikan kolmas laki selvitettiin vuonna 1906 saksalaisen kemistin Walther Nernstin tekemällä tutkimuksella. Se paljasti, että oli mahdotonta luoda avaruus- tai ainealuetta, jossa olisi nollaenergiaa, joka jäähdyttäisi alueen alimpaan mahdolliseen absoluuttisen nollan lämpötilaan. Tämä tuki termodynamiikan ensimmäistä ja toista lakia, koska energia olisi aina jossain määrin käytettävissä avaruudessa tai aineessa, vaikka sitä ei voitaisi hyödyntää hyödylliseen työhön.
Einsteinin päivitykset ymmärryksemme energialaeista mahdollistivat monia nykyaikaisia tekniikoita, kuten ydinvoiman. Samoin Newtonin liikelait osoittivat tutkijoille ja insinööreille, kuinka valjastaa aineen ja energian välinen suhde tuottaakseen tarvittavan voiman ja liikeradan, jotta satelliitit saataisiin kiertoradalle tai lähetettäisiin avaruusluotaimia läheisille planeetoille. Kvanttimekaniikka on auttanut ymmärtämään, miten energiaa käytetään ja siirretään teknologian luomiseen, kuten laserit, transistorit, jotka ovat kaikkien tietokonejärjestelmien perusta, ja kehittyneet lääketieteelliset laitteet, kuten magneettikuvaus (MRI).