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能量以多種形式出現，包括輻射、物體運動、處於激髮狀態的原子、分子內部及分子之間的應變力。所有這些形式的重要意義在於其能量是相等的，也就是說一種形式的能量可以轉變成另一種形式。宇宙中發生的絕大部分事件，例如，恆星的崩潰和爆炸、生物的生長和毀滅、機器和計算機的操作中都包括能量由一種形式轉化為另一種形式。
能量的形式可以用不同的方法來描述。聲能主要是分子前後有規律的運動；熱能是分子的無規則運動；重力能產生於分隔物體的相互吸引；儲存在機械應力中的能量，則是由於分離的電行相互吸引的結果。儘管各種能量的表現形式大不相同，但是，每種能量都能採用一種方法來測量，這樣就能夠搞清楚，有多少能量由一種形式轉化為另一種形式。不論什麼時候，一個地方或一種形式的能量減少了，另一個地方或另一種形式就會增加同樣數量的能量。在一個系統中不論發生漸變還是驟變，只要沒有能量進入或者離開這個系統，那么系統內部各種能量立和將不發生變化。
但是，能量確實可以從系統邊界滲漏出去。特別是能量轉換會導致產生熱能，通過輻射和傳導的方式泄漏出去。如通過發動機、電線、熱水罐、我們的軀體和立體音響。而且，當熱在流體中傳導或輻射時，激起的流動通常促發了熱量的轉移。儘管傳導或輻射熱能很少的材料可用來減少熱能的損耗，但也無法完全避免熱能的流失。
這樣一來，轉換的能量總和幾乎總是在減少。例如，在坐汽車旅行時，幾乎所有儲存在汽油分子中的能量，通過摩擦和消耗轉換了，使行駛汽車的路面和空氣的溫度略微上升。即使採取措施使這些能量免於泄漏，它也會均勻地擴散而不再對我們有用。這是因為，只有當集聚起來的能量超過其他地方時（如瀑布、燃料和食物中的高能分子、不穩定的原子核和來自熾熱太陽的熱輻射），能量轉換才能完成。當能量轉換成熱能向四處擴散，進一步的轉換就會減少。
至於熱量由溫暖的地方向寒冷的地方擴散的原因，是一個機率問題。物質中的熱能是由不相互碰撞的分子或原子的無序運動產生的。當物體某一區域極大數量的原子或分子和鄰近區域的原子和分子重複進行著不規則的碰撞時，兩個區域分得同等由不規則撞擊產生的能量的方式要比在一個區域集中更多能量的方式多得多。這種熱能無規則地分配，比熱能有序地集中更為常見。通常，機率統計表明任何分子或原子的相互作用，都將以比開始時更大的無序告終。
然而，只要有些系統增加無序性，有的系統完全有可能增加有序性。例如，人類器官細胞，總是忙於增加製造複雜的分子和使身體結構的有序。但是，這種有序性花費的代價是增加了我們周圍的無序，如要分解我們吃下去的食物的分子結構和使我們周圍的環境變暖。結論是，無序的總量總是在增加。
不同的能量水平總是與分子不同原子結構相聯繫。有些結構變化需要補充能量，有些結構變化則可釋放能量。例如，為了點燃炭火（即從木炭中蒸發掉一些碳原子）必須先提供熱，但是，當氧分子和碳原子化合變成低能化合物──二氧化碳分子時，更多的能量作為光和熱釋放出來。葉綠素分子能被太陽光激發成高能結構，又反過來激發二氧化碳和水的分子。所以，使它們連線起來，經過幾個步驟，它們能結合起來變成糖分子的高能結構和釋放出一些氧氣。隨後，糖分子可能又與氧發生反應，再次形成二氧化碳和水分子，來自陽光的額外能量又會轉移到其他分子中。
事實已經證明，在分子或比分子更低的層次，能量與物質的產生是不連續的。當一個原子一個分子的能量由一個能級以一定的跳躍方式轉變成另一個能級時，兩種能級之間不可能有其他等級。這種原子水平的量子效應產生的現象與我們熟悉的現象大不相同。當輻射遇到原子時，如果輻射能夠給以恰好的能量，原子的內能就能被激發到較高的能級。同樣，當原子的能級下降一級時，就會產生一定不連續量的輻射能。所以，利用物質發出的光或吸收的光，可以鑑定是什麼物質，以此來確定這些物質是在實驗室里，還是在遙遠恆星的表面上。
原子核反應所產生的能量，比原子外層電子結構間反應（即化學反應）所產生的能量要多得多。當重原子核，如鈾核、鈽核分裂成較重原子核時，以及當輕原子核，如氫核和氨核聚變成較重的核時，就會釋放出大量的能量，變成輻射和快速運動的粒子。一些重核裂變時，同時產生了額外的中子，這些中子又觸發了更多的原子核裂變，發展下去就引起連鎖反應。然而，只有當原子核間以極高的速度撞擊（克服了兩枚之間的正電排斥力），才會發生核聚變，這種撞擊需要的超高溫，可在恆星的內部形成，或者通過核裂變爆炸產生。
相關案例
示意圖與能量的轉移不同，其種類發生了變化
1 例如拍球，能量從人體（手）的化學能轉移到球，使之成為球的動能，球的動能又轉化成彈性勢能，彈性勢能又轉化成動能和重力勢能，只有靠這些能量的轉移、轉化才能夠完成拍球這一過程.
2太陽能熱水器，利用太陽能轉換成熱能加熱水給我們洗澡；太陽能電池，發電只要有太陽就能轉換成需要的能量。
3 電水壺是將電能通過電熱管轉換為熱能，從而燒開了水，水是吸收熱能。
能量是能夠使物體“工作”或運動的本領。雖然你看不見它，卻能感覺到它。任何東西只要有移動、發熱、冷卻、生長、變化、發光、或發聲的現象，其中就有能量在起作用。
能量之間轉換的各種類型及方法
能量是一種看不見摸不著你卻一直能感覺得到的神奇東西，至今為止沒有任何人提取或發現它的真實面貌，有人認為能量就是以物體內部分子不斷震動的頻率來衡量大小的，也就是熵的大小，其中證明宇宙膨脹的一個例子就是宇宙中總體的熵值在不斷增加，也就是宇宙在不斷趨於混亂，卻又不斷創造平衡，如此循環反覆的從混亂與協調中平衡。
電能轉化熱能
電能轉化熱能一般通過熱電阻或熱輻射，例如家用的電熱爐，是在熱阻絲內通過大量電流使熱阻絲產生大量熱能，通過熱輻射傳導給周圍環境。也可以通過微波裝置，使電能轉化成微波，通過直接的熱輻射轉為熱能
熱能轉化電能
至今為止，人類還沒想出很有效率的方法可以讓熱能直接轉化為電能，似乎人類只發明了電能和機械能轉化的裝置，所以，如果想任何形式能量轉換為電能，必須先轉換為機械能。但是，有的物質如陶瓷等，在溫度變化時可以產生電勢差，進而產生微弱電能，但無法用於發電。
機械能轉化電能
通過切割電磁圈的磁感線，可以使機械能轉化為電能。在電機中，機械能和電能可以互逆轉換。
光能轉化電能
可以通過光電效應使光照射在金屬表面而輻射出電子，通過這種方法，人類設計了太陽能板，太陽能板是通過陽光照射矽晶體的PN結產生空穴電壓產生電能的，光能轉化電能是相對比較有效的轉換方式，並且隨著不可再生能源的枯竭，人類越來越重視可再生清潔能源的套用，光能就是最受關注的清潔能源之一。
化學能轉化電能
通過化學反應使得正電子和負電子分別在陽極和陰極匯聚，其實這也是電池的放電過程。
電能轉化機械能
藉助電磁感應效應，人類設計了電機，可以使電能輕鬆轉化為機械能。在電機中，電能和機械能可以互逆轉換。
化學能轉化熱能
可以通過核裂變使得熵值大量增加，進而產生大量熱能傳導出去。在核裂變過程中，不僅產生大量熱能，還產生大量光能及機械能等。
還有一種方法就是通過可燃物的燃燒，伴隨著光能的同時也產生大量熱能。
熱能轉化機械能
至今人類想到的最好方法，只有通過加熱水進而通過水蒸氣驅動機械做功，自從瓦特發明蒸汽機以來，人類一直沿用這個方法進行轉換。
機械能轉化熱能
機械做功摩擦可以產生熱能，但一般效率不高，而且在實際套用中無法通過這樣的轉化大量提供熱能，只作為機械能的能量損耗而已。
光能轉化熱能
光能在照射到物體時，自然就會伴隨熱能的傳導，但不同波段的光波導熱能力不同。
光能轉化機械能
太陽帆，太陽能電池板
光能轉化化學能
植物吸收太陽光進行光合作用
