De wet van behoud van energie is een fysieke wet die stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar van de ene vorm in de andere kan worden veranderd. Een andere manier om deze wet van chemie te vermelden is te zeggen dat de totale energie van een geïsoleerd systeem constant blijft of binnen een gegeven referentiekader wordt behouden.
In de klassieke mechanica worden behoud van massa en energieconversatie beschouwd als twee afzonderlijke wetten. In speciale relativiteit kan materie echter worden omgezet in energie en vice versa, volgens de beroemde vergelijking E = mc2. Daarom is het beter om te zeggen dat massa-energie behouden is.
Als een staaf dynamiet bijvoorbeeld explodeert, verandert de chemische energie in het dynamiet in kinetische energie, warmte en licht. Als al deze energie bij elkaar wordt opgeteld, is dit gelijk aan de chemische startwaarde.
Een interessant gevolg van de wet van behoud van energie is dat het betekent dat eeuwigdurende bewegingsmachines van de eerste soort niet mogelijk zijn. Met andere woorden, een systeem moet een externe voeding hebben om continu onbeperkte energie aan zijn omgeving te leveren.
Het is ook vermeldenswaard dat het niet altijd mogelijk is om het behoud van energie te definiëren, omdat niet alle systemen tijdomzettingssymmetrie hebben. Energiebesparing kan bijvoorbeeld niet worden gedefinieerd voor tijdkristallen of voor gebogen ruimtetijden.