חוק שימור האנרגיה הוא א החוק הפיזי זה קובע אנרגיה לא ניתן ליצור או להרוס, אך עשוי להשתנות מצורה אחת לאחרת. דרך נוספת לקבוע חוק כימיה זה היא לומר כי האנרגיה הכוללת של מערכת מבודדת נותרת קבועה או נשמרת במסגרת התייחסות נתונה.
במכניקה קלאסית, שימור מסה ושיחת אנרגיה נחשבת לשני חוקים נפרדים. עם זאת, בתורת היחסות המיוחדת, ניתן להמיר חומר לאנרגיה ולהפך, לפי המשוואה המפורסמת E = mc2. לפיכך, נכון יותר לומר שהאנרגיה ההמונית נשמרת.
אם מקל דינמיט מתפוצץ, למשל אנרגיה כימית הכלול בתוך הדינמיט שינויים לתוך אנרגיה קינטיתy, חום ואור. אם כל האנרגיה הזו תתווסף יחד, היא תהיה שווה לערך האנרגיה הכימי המתחיל.
תוצאה מעניינת אחת של חוק שימור האנרגיה היא שהמשמעות היא שמכונות תנועה תמידיות מהסוג הראשון אינן אפשריות. במילים אחרות, למערכת חייבת להיות אספקת חשמל חיצונית שתספק באופן רציף אנרגיה בלתי מוגבלת לסביבתה.
כמו כן, ראוי לציין שלא תמיד ניתן להגדיר שימור אנרגיה מכיוון שלא לכל המערכות יש סימטריה של תרגום זמן. לדוגמה, שימור אנרגיה עשוי שלא להיות מוגדר עבור גבישי זמן או עבור זמני חלל מעוקלים.