In anderen Worten ausgedrückt: Energie kann nicht aus dem Nichts entstehen und kann auch nicht verschwinden. Verschiedene Energieformen (mechanische Energie, Wärme, chemische Energie) wandeln sich ineinander um. Die Umwandlung von Energie in ihre unterschiedlichen Formen wird durch die Elektrodynamik, Mechanik, Thermodynamik, Quantenmechanik, etc. beschrieben und bildet die Grundlage für die meisten Vorgänge in der belebten und unbelebten Natur.

Oftmals wird irrtümlich diese Umwandlung von Energieformen mit dem Verlust von Energie identifiziert (man spricht z.B. von Energieverbrauch). Dies ist im strengen physikalischen Sinn aber unsinnig, da z.B. ein Kraftfahrzeug keine Energie verbraucht (vernichtet), sondern lediglich chemische Energie in kinetische Energie und Wärme umwandelt. Was bei "energieverbrauchenden" Prozessen tatsächlich passiert, ist eine Erhöhung der Entropie durch irreversible Wärmeerzeugung. Die so erzeugte Wärmeenergie kann als Konsequenz aus dem dritten Hauptsatzes der Thermodynamik nicht vollständig wieder in nutzbare Energie zurückgeführt werden, so dass ein Verlust an nutzbarer Energie entsteht. Daher wird auch im Universum langfristig die gesamte Energie in Wärme umgewandelt. Man spricht deshalb vom Wärmetod des Universums.

Natürlich kann ein betrachtetes System Energie mit anderen Systemen austauschen, z.B. durch Strahlung oder Wärmeleitung. Man spricht dann von einem offenen System. Der Energieerhaltungssatz gilt also nur in abgeschlossenen Systemen.

Wendet man den Satz auf das abgeschlossene System Universum an, ist somit die Gesamtenergie des Universums konstant.

Die Heisenbergsche Unschärferelation der Quantenmechanik erlaubt aber, dass die Energie eines Systems für sehr kurze Zeitspannen spontan schwanken kann. Im Rahmen der Quantenmechanik gilt der Energieerhaltungssatz daher nicht uneingeschränkt.

Gemäß der Relativitätstheorie kann sich Materie und Antimaterie in Energie umwandeln und umgekehrt (nicht jedoch Materie oder Antimaterie alleine), so dass auch dadurch die Gültigkeit des Energieerhaltungssatzes begrenzt wird. Da die allgemeine Relativitätstheorie i.a. kein abgeschlossenes System definieren kann, kennt sie die Energieerhaltung nicht.