最早發現能量守恆定律的人是一位德國醫生，他的名字叫邁爾（Julius Robert Mayer）。他開始思考能量守恆的有關問題是在去爪哇的航行中。在當時，「放血療法」依然是中世紀以來的重要的臨床手段，根據他自己的觀察，他想到，之所以當船航行到熱帶時水手們的血液比較紅，是因為在熱帶時，人體的體溫維持變得非常不再困難，因此水手們不需要消耗那麼多的氧。邁爾還看到了是熱和運動的等價。他認為馬拉車時車與地面摩擦產生的熱量，以及車輪旋轉時車軸因摩擦產生的熱量，都是由馬的運動及其作功產生的。他在 1841 年的通訊中就已經提到了熱功當量的有關問題，並且進行了相關的測量。

焦耳也對能量守恆定律的提出起到了關鍵性的貢獻，焦耳的家裡是釀啤酒的，他當時考慮用新發明的電動機來替換他家裡啤酒廠的蒸汽機。他觀察到了電動機和各種電路中的發熱現象，他想到這和蒸汽機運轉中的摩擦現象一樣。而談到這種「替換」的問題，他開始選用了統一的標準來對各種不同的能源進行比較，並最終發現了能量守恆定律。

能量守恆的「證明」可以由諾特定律給出，諾特定理揭示了「對稱性」和「守恆律」之間的對應關係。任意一種對稱性都對應一個守恆律。例如我們可以考慮「時間平移」這樣一種「對稱操作」，如果系統在時間平移後保持不變，那麼就說明在這樣一個系統中，物理規律不因時間的改變發生變化，它的能量也就守恆。但這並不代表能量守恆「定律」就是一個「定理」，因為能量守恆定律普遍成立，即使我們對粒子間的相互作用所知甚少，即使兩個系統之間有複雜的能量、資訊和物質交換，能量守恆作為一個定律依然成立。