ik eşitlik prensibi modern haliyle ilk defa Alman cerrah Julius Robert von Mayer tarafından ifade edildi, 1842 yılında. Mayer bu sonuca Endonezya'daki Hollanda kolonilerini ziyareti sırasında varmıştı,buradaki hastaları daha az oksijen tükettiklerinden (ve tabi bundan dolayı daha az enerjiye sahiplerdi-daha sıcak bir iklimde vücut sıcaklıklarını korumak için-) kanları daha koyu kırmızıydı. Isının ve mekanik işin birer enerji formu olduğunu keşfetti ve 1845 yılında, fiziğe dair bilgisini ilerlettikten sonra, iş ve ısı arasında sayısal ilişkiyi anlatan bir monografi yayınladı.

Aynı dönemde,1843 yılında, James Prescott Joule-Mayer'den bağımsız olarak- mekanik eşitliği bir dizi deneyle keşfetti. En önemlisi, şimdi "Joule aparatı" olarak bilinen, ipe bağlı bir ağırlığın aşağıya hareket etmesiyle dönen su içinde bir çıkrık düzeneği. Aşağıya inen ağırlık sebebiyle azalan yer çekimsel potansiyel enerjinin, suyun içinde dönen çıkrıktaki sürtünmeden kaynaklanan iç enerji artışına eşit olduğunu gösterdi.

1840–1843 dönemi sonrası , benzer deneyler Ludwig A. Colding isimli,Danimarka'lılar dışında fazlaca bilinmeyen, mühendis tarafından tekrar yapıldı.

Joule ve Mayer'in çalışmaları itirazlar ve olumsuz tepkilerle karşılaştı ancak nihayetinde Joule'ün çalışması genel olarak kabul gördü.

1844 yılında, William Robert Grove mekanik, ısı, ışık, elektrik ve manyetizmaarasındaki ilişkiyi,hepsini tek bir "kuvvet" olarak betimleyen, anlatan postulatını ortaya attı, (günümüz diliyle "enerji" ). Grove 1874'de, teorilerini "Fiziksel Kuvvetler Arasındaki İlişki" isimli bir kitapta yayınladı. 1847 yılında, Joule'ün önceki çalışmalarından yararlanan, Sadi Carnot, Émile Clapeyron ve Hermann von Helmholtz Grove ile benzer sonuçlara ulaştılar ve "Über die Erhaltung der Kraft" isimli kitapta yayınladılar çalışmalarını ("On the Conservation of Force", 1847). Teorinin modern haliyle genel anlamda kabul görmesi bu yayın aracılığıyla olmuştur.

1850 yılında, William Rankine ilk defa "enerji korunumu kanunu" ibaresini resmen kullanmıştır.

1877 yılında, Peter Guthrie Tait bu prensibin Sir Isaac Newton'dan köken aldığını iddia etmiştir, "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica"daki 40 41 nolu önermelere dayanarak.Tait'in çalışmasına günümüz diliyle ilerleyici tarihçilik deniyor(ayrıntılı bilgi için, Whig history).

Madde proton, elektron nötron gibi parçacıklardan oluşur. Dinlenme ya da esas kütlesi vardır. On dokuzuncu yüzyıldaki bilinen (kısıtlı) çalışmara göre bu esas kütle korunuyordu. 1905 yılında, Einstein'ın özel görelilik teorisi bu "esas kütle"nin "esas enerji"nin belli bir oranına karşılık geldiğini gösterdi. Bunun anlamı, belli bir miktar esas kütle, enerjinin pek çok formuna dönüşebilirdi (kinetik, potansiyel elektromanyetik ışıma enerjisi gibi). Bu olduğunda, yirminci yüzyılda yaşanan tecrübelerimizde olduğu gibi, "toplam" kütlenin aksine esas kütle korunmuyordu. Tüm enerji formları toplam kütle ve toplam enerjiyi meydana getiriyordu.

Örneğin; elektron ve pozitronnun her biri esas kütleye sahiptir. Esas enerjilerini fotonun elektromanyetik ışıma enerjisine dönüştürerek birlikte yok olabilirler (geride kütle bırakmaksızın). Eğer bu olay fotonun enerjisini aktarabileceği bir çevresi olmayan izole bir sistemde meydana gelirse, sitemin toplam"kütle"si de toplam "enerji"si de değişmez. Üretilen elektromanyetik ışıma enerjisi, sistemdeki pozitron ve elektronun yok olmadan önce oluşturduğu kadar eylemsizlik (ve ağırlık) meydana getirir. Tersine, maddesiz-enerji yok olarak meydana madde (esas kütlesi olan bir madde) meydana getirir.

Sonuç olarak, enerjinin korunumu ("toplam" madde veya "esas" enerji), ve kütlenin korunumu ("toplam "madde, sadece "esas"madde değil), kanunlarının ikisinin de birbirini karşıladığı kabul edilir. Ondokuzuncu yüzyılda bu denklikler iki ayrı kavram olarak ele alınırdı.

1911 yılında beta çözünmesinin parçalı değil de devamlı bir ışıma olduğu keşfedildiğinde,o zamanlar beta ışımasının atom çekirdeğinden bir elektron ışıması olduğu sanılıyordu,enerji korunumuyla çelişen bir fenomen olduğu düşünülmüştü. Bu problem 1933 yılında,elektronun yanı sıra bir nötrinonun da ışıdığını gösteren Enrico Fermi tarafından çözüldü, böylece kayıp olarak görülen enerjinin kaynağı bulunmuş oldu.

Termodinamiğin ilk kanunu şöyle anlatılabilir:Kapalı bir sistem için,

Denklemdeki formula_6 ısıtılmak suretiyle sisteme eklenen enerjiye,formula_7 sistemin çevresine yaptığı(çevrsindekilerin üstünde) işe ve formula_8 ise iç enerjideki değişime karşılık gelir.

İş ve ısıdan önce kullanılan δ sembolü, iç enerjideki artışı gösterenformula_8 sembolünden farklı olarak yorumlanmış enerji artışını gösterir (bkz. Inexact differential). İş ve ısı sisteme eklenen ya da sistemden ayrılan enerji miktarlarını göstermek için üretilmiş kavramlardır(termodinamik olarak dengede olan bir sistemin,iç enerjisini formula_10 gösterdiğinde). Sonuç olarak, formula_6 ile gösterilen "ısı enerjisi"nin anlamı(herhangi bir andaki enerji miktarı değil) "ısıtılma sonucunda sisteme eklenen enerji"dir. Aynı şekilde, formula_7 ile gösterilen "iş enerjisi"nin anlamı da "yapılan iş sonucu kaybedilen enerji"dir. Sonuç olarak o anın koşulları verildiğinde, termodinamik bir sistemin o an ki enerjisi bulunabilir, ancak sadece verilen bu kadar bilgiyle, sistemin o an öncesinde ısıtılması ya da soğutulması sonucu kaybettiği/kazandığı ya da iş yaparak kaybettiği enerji bilinemez.

Entropi, ısının işe dönüşme olasılığını açıklayan sisteme dayanan (bu hesaplamalardan türetilen) fonksiyonudur.

Basit sıkıştırılabilir bir sistem için,sistemin yaptığı iş şöyle gösterilebilir:

Bu denklemde;formula_14 basınç ve formula_15 hacimdeki değişikliği ifade eder(ikisi de sistemin birer değişkenidir).Isı enerjisi de şu şekilde gösterilebilir;

Bu denklemde, formula_17 sıcaklık ve formula_18 ise entropide meydana gelen küçük değişimi ifade eder(sıcaklık ve entropi sistemi tarif eden değişkenlerdir).

Basit açık bir sistem için(çevresiyle kütle değişimi yapabilen), tek tip parçacık içeren,ilk kanun şöyle yazılabilir:

Bu denklemde formula_20 eklenen kütle formula_21 eklenen miktardaki parçacık başına düşen iç enerjiyi gösterir. Kütle artışı, sistem herhangi bir iş yapmadan, hacim değişikliğini de meydana getirebilir (Örneğin; su-su buharı sistemi, buhar sisteminin hacmi sıvının kaynamasından dolayı artabilir). Geri dönüşümlü olduğunda, sistemin yaptığı iş şöyle gösterilebilir; formula_22 denklemdeki v sisteme eklenen kütleye ait hacimdir.

Enerji korunumu pek çok fiziksel teoride geçerliliğini korur. Noether teoremine (devamlı bir simetrisi olan her fiziksel teorinin ifade ettiği kavramların korunur olduğunu anlatır) dayanarak, matematiksel bir bakış açısıyla; teorinin simetrisi zamandan bağımsızsa bu durumdaki korunur kavram "enerji"dir (enerjinin zamandan bağımsız olduğunu da söyleyerek). Enerji korunumu kanunu zamanın simetrisinin değişiminin bir sonucudur; enerji korunumu deneysel çalışmalarla gösterilen kanunların zamandan bağımsızlığına dayanır. Felsefik söylemle şöyle de ifade edilebilir; "her şey kendi içinde zamandan bağımsızdır".
Başka bir deyişle, eğer fiziksel bir sistem zamanın devamlı simetrisinden bağımsız bir şekilde var (kendi fonksiyonlarında devam ediyorsa) ise, o sistemin enerjisi (değişen zaman boyunca enerji ile ilgili ekstra bilgi için, canonical conjugate) korunurdur. Tam tersi, bir sistem zamanın simetrisinin değişimiyle değişiyorsa (örneğin, zamana bağlı potansiyel enerji) enerji korunumu bu sistem için geçerli değildir (tabi bu enerjisi korunmayan sistemi enerjisi korunan bir sistemin alt sistemi olarak ele almazsak). Enerjisi zamanla değişen herhangi bir sistem, enerjisi korunur başka bir sistemin alt sistemi olarak gösterilebileceğinden (evrene kadar genellemek yanlış bir yaklaşım olur),enerjiyi ölçmek için baz aldığımız noktaya göre her sistemin enerjisi korunur olabilir. Tanımlı sistemlerde (sonsuza gitmeyen)enerji korunumu kanunu geçerlidir (özel ve genel göreliliğin, hatta kuantum elektrodinamiğinin, açıklandığı sistemlerde).

Albert Einstein'ın özel göreliliği keşfinin ardından, enerji, enerji-momentum 4 vektörünün bir parçası olarak görüldü (ayrıntılı bilgi için bkz. energy-momentum 4-vector). Bu vektörün her bir bileşeni, herhangi kapalı bir sistemde (aynı şartlardan bakıldığında, ayrıntılı bilgi için bkz. inertial reference frame), zamandan bağımsızdır (korunur). Parçacıkların esas kütlesi, parçacıklar sisteminin değişmez kütlesi-momentum merkezi de denebilir-(ayrıntılı bilgi için bkz. invariant mass) için; vektör uzunluğu da korunurdur (bkz. Minkowski norm)

Tek bir "yoğun" parçacığın göreceli enerjisi, hareketinden kaynaklı kinetik enerjisine ek olarak esas kütlesinden de kaynaklı olan enerjiden meydana gelir. Kinetik enerjinin düşük olduğu zamanlarda (tek parçacıklar için) ya da parçacıklar sistemi için kinetik enerji sabit kaldığında, parçacığın ya da parçacıklar sisteminin toplam enerjisi esas kütle veya değişmez kütle cinsinden bu formülle ifade edilir; formula_23.

Buna göre,enerji korunumu kanunu zamanın göreceli olduğu durumlarda bile (gözlemcinin şartları enerjisi ölçülen sistemle aynı olmalı) zamandan bağımsız bir şekilde geçerliliğini koruyor. Bu da demektir ki farklı gözlemciler enerji değerleri açısından farklı hesaplamalar yapmış olsa bile toplam enerji korunur,gözlemcilerden bağımsızdır (buna enerji-momentum ilişkisi denir, ayrıntılı bilgi için bkz. energy–momentum relation).

Genel görelilikte enerji-momentum korunumu gerilim-enerji-momentum belirsizliği ile ölçülür (ayrıntılı bilgi için bkz. stress-energy-momentum pseudotensor). Genel görelilik teorisi evrende enerji korunumu olup olmadığı konusunda net bir cevap vermez(olmama ihtimali de çıkarılabilir).

Kuantum mekaniğinde, bir kuantum sisteminin enerjisi kendinden-eklemli (ya da Hermitian) Hamilton operatörleriyle açıklanır (ayrıntılı bilgi çin bkz. self-adjoint, Hilbert uzayı ). Eğer bir operatör zamandan bağımsızsa, var olma/ortaya çıkma olasılığı sistemin zamanla değişimi sonucunda