Sammen med termodynamikkens andre hovedsetning danner den grunnlaget for all termodynamikk. Den ble etablert på midten av 1800-tallet da det ble klart at varme kan skapes av mekanisk arbeid og at begge er forskjellige manifestasjoner av energi. Dette hadde praktisk betydning for utvikling av dampmaskinen som ble forklart av Sadi Carnot. Selve loven ble først formulert av Robert Mayer og gitt et mer solid fundament ved arbeidene til James Prescott Joule og William Thomson rundt 1850.