Energilagarna som styr interaktioner mellan materia och energi, såsom överföringen av värme från en kropp till en annan i det fysiska universum, definieras mest fundamentalt av termodynamikens tre lagar och Albert Einsteins upptäckt av hans speciella och allmänna relativitetsteorier . Fysiken själv bygger på dessa lagar, såväl som de tre grundläggande rörelselagarna som definierades av Isaac Newton och publicerades första gången 1687, som förklarar all materias samverkan. Kvantmekanikens område som började dyka upp i början av 20-talet klargjorde också speciella omständigheter för energilagarna på en subatomär skala, på vilken mycket av den moderna civilisationen från 2011 är grundad.
En av de grundläggande principerna för energilagarna som klargörs av termodynamikens första lag är att energi varken skapas eller förstörs. Alla former av energi som ljus- eller ljudenergi kan ändras till andra former, och detta avslöjades först i mitten av 1800-talet av James Joules arbete, en banbrytande engelsk fysiker, varefter den grundläggande enheten för energi, joulen, var som heter. Efter tio års funderande över förhållandet mellan materia och energi publicerade Albert Einstein sin berömda formel 1905 av E=MC2, som påstod att både materia och energi var versioner av samma sak och kunde förändras till varandra som väl. Eftersom ekvationen säger att energi (E) är lika med massa (M) gånger ljusets hastighet i kvadrat (C2), stod det faktiskt att om du hade tillräckligt med energi, skulle du kunna omvandla den till massa, och om du accelererade massa tillräckligt , du kan omvandla det till energi.
Termodynamikens andra lag definierade energilagarna genom att ange att i alla aktiviteter där energi användes, minskade dess potential, eller så blev den mindre och mindre tillgänglig för vidare arbete. Detta återspeglade principen om entropi och förklarade var energi tog vägen när värme eller ljus flydde in i omgivningen, vilket hade förbryllat mänskligheten i århundraden. Entropi är tanken att höga nivåer av koncentrerad energi, som i bränsle innan det förbränns, så småningom sprids ut i rymden som spillvärme och inte kan återvinnas. Det var i harmoni med termodynamikens första lag eftersom energin inte förstördes, men tillgången till den gick förlorad.
Termodynamikens tredje lag klargjordes 1906 genom forskning utförd av Walther Nernst, en tysk kemist. Den avslöjade att det var omöjligt att skapa ett område av rymden eller materia där det fanns noll energi, vilket skulle kyla området till lägsta möjliga temperatur av absoluta nollpunkten. Detta stödde termodynamikens första och andra lag genom att energi alltid skulle vara tillgänglig i rymden eller materien till viss del, även om den inte kunde utnyttjas för användbart arbete.
Einsteins uppdateringar av vår förståelse av energilagarna gjorde många moderna teknologier möjliga, till exempel kärnkraft. Newtons rörelselagar visade också forskare och ingenjörer hur man kan utnyttja förhållandet mellan materia och energi för att generera den kraft och bana som krävs för att sätta satelliter i omloppsbana eller skicka rymdsonder till närliggande planeter. Kvantmekaniken har bidragit till förståelsen av hur energi används och överförs för att skapa teknologi som lasrar, transistorer som är grunden för alla datorsystem och avancerad medicinsk utrustning som magnetisk resonanstomografi (MRI).