人們通常把牛頓1687年出版《原理》視為定量理論物理學建立的里程碑。 當時惠更斯、萊布尼茨等科學家已經開始認識到，運動物體碰撞后，除了動量外，某些物理量是守恒的，他們稱之為“活力”，其定義為物體的質量×速度×速度。 他們發現，在某些影響下，活力得以保留。 現在回想起來，這大致定義了運動物體的動能。
當然，這些專家很快意識到生命力并不總是守恒的。 今天我們知道，動能只有在不轉化為其他形式的能量時才守恒，而在實際碰撞中動能常常轉化為熱能。 然而，“熱”的概念在當時的物理學界還很模糊。 在原子理論還不存在的時代，要弄清楚熱的含義確實很困難。
到了18世紀，以法國科學家拉瓦錫為首的學者開始提出熱量理論。 人們相信熱是一種流動、傳播且永不消失的物質。 它有自己的排斥力，驅使它向外擴散。 該理論可以解釋不同物體的不同熱容，以及熱脹冷縮現象。 但這并不能解釋為什么相同溫度的錘子敲擊金屬時會產生熱量。 因此，人們提出了“勢熱”的概念來補充熱量理論。
這個理論與18世紀剛剛發現的電現象非常吻合，因此18世紀的物理學家開始夢想一個“一切都是流體”的標準模型。 到了18世紀末，盡管熱量理論仍然存在一些無法進一步解釋的問題，例如摩擦為什么會產生熱量，但它已經成為當時的標準物理理論。
熱量理論本身當然是錯誤的，但在揭示其內部問題的過程中，能量守恒定律開始慢慢顯現出來。 在這個過程中，有三個關鍵人物。
第一個是厄爾·拉姆福德什么叫能量守恒定律，他的真名是湯普森。 他是一位發明家、軍人、科學家和貴族。 他是一個好奇心極強，具有強烈的探索精神和創業精神的人。 他一生經歷過許多冒險。 他在商業上并不成功。 他在制造炸藥時差點自殺。 他娶了一個富有的寡婦，一夜暴富。 后來，他因支持英國獨立戰爭而拋棄妻子出逃。 他定居巴伐利亞，并因多項發明而被禁止。 主啊，終于榮耀歸來了。 在他的一生中，他對科學有著濃厚的興趣，并進行了各種實驗。
拉姆福德最偉大的成就是用鏜刀在水中摩擦槍管的實驗。 在摩擦過程中，極少量的物質損失，并產生大量的熱量，動搖了熱量理論的基礎。 他進一步提出了熱力學理論，指出熱是一種運動形式，而不是物質。 然而，在拉姆福德的一生中，熱力學理論并沒有被廣泛接受。
19世紀初，天文學家赫歇爾研究了不同顏色光的不同加熱效應，發現除了肉眼看不見的紅光以外的區域具有更強的加熱效應。 盡管他沒有意識到，這是科學史上首次有記錄的紅外光發現。 事實上，具有最強熱效應的光譜（紅色/紅外）與具有最強亮度的光譜（黃色）不匹配，這對物理學家來說是一個謎。 電磁輻射與物質相互作用的影響直到一百多年后才被發現。 熱量理論的支持者提出，光束和不可見熱量光束的存在“完美”地解釋了這一現象。 當時，沒有人懷疑光是一種物質，因此在19世紀初，熱量理論變得更加強大。
下一個挑戰熱量理論的人是德國醫生邁耶。 這也是特立獨行的性格。 拿到行醫執照后，他不顧父母的反對，決定“世界那么大什么叫能量守恒定律，我要去看看”。 于是他當了一名船醫，乘坐三桅船爪哇號前往印度尼西亞。 這次旅行奠定了他在科學史上的地位。
航程歷時101天，其中67天在海上，看不到陸地。 船上醫生的工作還是比較輕松的。 邁耶大部分時間都在閱讀科學書籍、思考以及與他的團隊聊天。 1840年，這艘船終于抵達了今天的雅加達。 幾名船員抵達港口后感染了肺部疾病。 19世紀的醫療習俗是生病時先放血。 在放血過程中，邁爾驚訝地發現，船員們的靜脈血呈鮮紅色，更接近他所熟悉的動脈血的顏色。 他與當地其他醫生交談后發現，這在印度尼西亞很正常。
當時的醫學已經知道人體需要消耗血液中的氧氣才能產生熱量。 邁爾因此得出結論，熱帶地區不需要那么多的熱量來維持體溫，導致血液中的耗氧量較少，靜脈血中的含氧量較高。 當然，其實用熱量理論也可以解釋為身體吸收了更多的熱量。 但邁爾的直覺告訴他，大氣的熱量和人體的熱量之間存在著平衡，存在著某種守恒定律的物理概念。 據說，他在雅加達時與水手聊天得知，暴風雨過后海水總是更熱，大風浪的部分動能轉化為熱能。 就這樣，邁爾終于得出了“能量”的概念。 在他之前，許多人認識到熱是一種運動形式，但邁爾是第一個認識到“熱”以多種形式存在并且可以在它們之間自由轉換的人。
返回德國后，邁爾繼續行醫，并開始尋找發表論文的方法。 他在物理學界默默無聞的同時遇到了許多障礙。 最后，他在1842年5月發表了論文《論無機世界中的力》，該文排名論文第一。 節能的概念首先被提出。 在他的論文中，他將能量稱為“力”。 這篇論文中有很多超前于時代的概念，比如物質和“力”之間的平行關系，兩者都可以自由變換成不同的形式，但總量是守恒的。
不幸的是，由于運氣和政治因素，邁爾的論文并沒有引起人們的注意。 后來，他在1842年發表了另一篇論文，描述了自然界中的五種能量：勢能、動能、熱能、電磁能和化學能，并解釋了五種能量之間的轉換。 1847年，焦耳發表了一篇關于熱功等效的論文。 也許是感受到了威脅，焦爾在文章中反駁了邁耶的計算。 隨后，雙方進行了多次辯論。 在學術界并不出名的邁爾被擊敗了。 他的兩個女兒相繼去世。 隨后，承受不了學業和生活雙重打擊的邁爾精神崩潰，被關進了瘋人院。 直到 1862 年他才出院。
幸運的是，他的理論引起了幾位科學家的注意。 愛爾蘭物理學家約翰·廷德爾傳播了他的理論，并使學術界認識了梅耶爾。 一位不知名的德國醫生被認為對熱進行了最先進的研究，這極大地損害了英國人的自尊。 但隨之而來的無休止的爭論讓邁爾的名字廣為人知。 1871年，邁爾終于獲得了倫敦皇家學會的獎章，以表彰他對科學的巨大貢獻。
拉姆福德和邁耶的思想雖然具有劃時代性，但他們都不是科班出身，理論也不嚴謹。 真正量化能量守恒定律的人就是前面提到的焦耳。
焦耳是啤酒廠老板的第二個兒子。 他和弟弟出身于富裕家庭，好奇心很強，從小就受到了良好的教育。 他們師從倫敦皇家科學院物理學家、原子理論的發明者約翰·道爾頓。 他也在那時接觸了新發明的電動機。 Young Joule聲稱：“我確信未來電力將取代蒸汽來驅動電機。” 1838年，年僅19歲的焦耳發表了一篇關于改進電動機的論文。
此后，焦耳一直致力于改進電動機，但他很快就遇到了瓶頸。 無論他如何改變磁鐵的設計，都無法增加電機的功率。 后來，他意識到所有這些電機都連接到同一個電池上，并了解到限制電機功率的原因是電池本身。 于是他發明了檢流計來測量電流的強弱，立即發現電流的強弱與電磁鐵的磁力之間存在著數學關系。
和拉姆福德和邁耶一樣，焦耳有一段時間癡迷于建造永動機，他在這個過程中遇到了各種限制。 他最終將電動機的效率提高到了當時可以達到的極限，但他清楚地意識到這是一個死胡同。 有一種他不理解的力量限制了電機的效率。
他轉而研究熱與電之間的關系。 他在這條路上越走越遠，很快發現電加熱和熱電解之間存在著恒定的關系。 熱能和電能以固定的比例相互轉換。 他由此直接得出結論：電池產生的熱量與參與化學反應的原子數量成正比。 從我們今天的角度來看，這幾乎是能量守恒定律的直接表述。
在建立了電能、化學能和熱能之間的關系后，焦耳現在唯一不確定的是機械能，但隨著他對電動機的興趣，它們之間的聯系是不可避免的。
最后，1845年，焦耳設計了一個熱能和機械能轉換的實驗，并測出了熱功當量：將1磅水的溫度升高1華氏度所需的熱量可以換算成所需的熱量。用一只腳舉起 838 磅重的物體。 所需的機械力。
但這個想法還是太超前了，花了幾年時間才得到廣泛支持。 后來，物理學家雷諾這樣評價，語氣不無諷刺：
對于現在的讀者來說，焦耳的早期論文被當時許多著名的物理學家忽視可能會感到驚訝和憤怒。 他們覺得那一代學者充滿了偏見和短視。 但事實上，這是焦耳在自然哲學方面取得的巨大進步所獲得的最高獎章。
所以走在時代前面的人總是孤獨的。 幸運的是，這些年來焦耳的受歡迎程度逐漸提高。 1847年，在倫敦皇家學院演講時，一位聽眾起初持懷疑態度，但在焦耳演講后被說服，兩人一拍即合。 他就是威廉·湯普森，后來的開爾文男爵，一位年輕的科學家，當時已經是英國科學界的明星。 在湯普森的支持下，焦耳很快就獲得了科學界的廣泛支持。 能量守恒終于得到了廣泛的接受。
焦耳在描述能量時仍然使用“活力”這個詞。 英語中這個詞是由蘇格蘭工程師于1853年創造的。它來源于古希臘語?ν?ργε?α的變體，意思是活動或操作。
能量守恒定律的第一個影響是終止了許多永動機的創造。 它在科學上最著名的應用是β衰變。 20 世紀 20 年代，科學家們意識到能量在這種衰變中并不守恒。 雖然當時有些物理學家想用這個來推翻能量守恒定律（看你玻爾），但泡利在1930年提出，衰變中的能量差異可能對應于一個不帶電荷、幾乎無質量、幾乎不平衡的相互作用粒子事情。 十多年后，這種“幽靈粒子”被發現并命名為中微子（β衰變實際上會發射反中微子）。
1915年，德國數學家埃米·諾特證明了著名的諾特定理，該定理從數學層面奠定了所有守恒定律的基礎。 該定律的松散表述是：任何具有連續對稱性的系統都會有相應的守恒量。 也就是說，每一個連續的對稱變換都對應著一個守恒定律，而時間平移（即物理定律不會因時間變化而改變）下的對稱性所對應的守恒量正是能量。 這正式確立了能量守恒的先決條件，并為其在相對論和量子力學中的應用奠定了數學基礎。
