חוק שימור האנרגיה הוא עיקרון יסודי בטבע, וחוק חשוב ביותר במדע. לפי חוק זה האנרגיה אינה נוצרת יש מאין ואינה נעלמת. האנרגיה יכולה להתגלגל בין צורות שונות ולעבור מגוף לגוף. דוגמה - האנרגיה האצורה בדלק המניע את המכונית מומרת מאנרגיה כימית לאנרגיה של תנועת המכונית. שינויי האנרגיה אם כך הם רק שינוי בצורתה אך כמות האנרגיה נותרת קבועה.
תורת היחסות הרחיבה את מושג שימור האנרגיה, ממשוואה המפורסמת E=MC², ניכר שהאנרגיה והחומר עשויים להתגלגל זה בזה - על כן הורחב החוק ל"חוק שימור המסה אנרגיה".