Định luật bảo toàn năng lượng, cũng là định luật một nhiệt động lực học (một trong bốn định luật của nhiệt động lực học), phát biểu rằng năng lượng (hoặc đại lượng tương đương của nó là khối lượng tương đối tính) không thể tự nhiên sinh ra hoặc mất đi.

Trong toàn vũ trụ, tổng năng lượng không đổi, nó chỉ có thể chuyển từ hệ này sang hệ khác. Người ta không thể "tạo ra" năng lượng, người ta chỉ "chuyển dạng" năng lượng mà thôi.

Định luật bảo toàn năng lượng là một nguyên lý tổng quát cho tất cả các lý thuyết vật lý (cơ học, điện từ học, vật lý hạt nhân, ...). Chưa từng thấy ngoại lệ của định luật này, tuy rằng đôi khi người ta cũng nghi ngờ nó, nhất là trong các phân rã phóng xạ. Tiên đề Noether cho rằng sự bảo toàn năng lượng có liên quan chặt chẽ tới độ đồng dạng về cấu trúc của không-thời gian.

Trong nhiệt động lực học
Định luật bảo toàn năng lượng cũng chính là định luật 1 nhiệt động lực học. Theo định luật này, tổng năng lượng của một hệ kín là không đổi. Phát biểu cách khác:

Nhiệt năng truyền vào một hệ bằng thay đổi nội năng của hệ cộng với công năng mà hệ sinh ra cho môi trường.
Một hệ quả của định luật này là khi không có công thực hiện trên hệ, hay hệ không sinh công, đồng thời khi nội năng của hệ không đổi (nhiều khi được thể hiện qua nhiệt độ không đổi), tổng thông lượng năng lượng đi vào hệ phải bằng tổng thông lượng năng lượng đi ra:

Fvào = Fra
Fvào = Fphản xạ + Fbức xạ + Ftruyền qua
Trong đó:

Fbức xạ = Fhấp thụ

Ví dụ, với vật đen tuyệt đối, Fphản xạ = Ftruyền qua = 0, thì:

Fvào = Fhấp thụ = Fbức xạ
từ mệnh đề đã phát biểu như trên ta có thể phát biểu ngắn gọn lại như sau :năng lượng không tự sinh ra mả cũng không tự mất đi nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.
một số ví dụ chứng minh cho sự chuyển hóa của năng lượng: