Energie je slovo vytvořené fyziky v polovině devatenáctého století, z řeckého energeia (vůle, síla či schopnost k činům). Označuje veličinu tzv. stavovou, popisující stav nějakého systému. Mluví se např. o kinetické energii (tu lze spočítat dle formule E = 1/2 m.v2) a konfigurační energii (dané vzájemnou polohou a přitahováním částic, např. vody ve visuté nádrži a zbytku Země; mlhavěji se hovoří o energii potenciální). Tajemnější je pojem vnitřní energie: při stálém složení nějaké soustavy (pokud jde o molekuly) je vnitřní energie oné soustavy úměrná její teplotě. Pokud ze soustavy odebíráme teplo, její vnitřní energie i teplota klesá. Energie soustavy se změní také tehdy, pokud na soustavě konáme práci (třeba i zápornou, tj. ona koná práci na okolí), nebo když jí dodáváme teplo. Změna energie je dána jednoduše součtem práce a tepla – ty se proto měří ve stejných jednotkách jako energie, i když nepopisují stav systému, ale úhrn nějakého procesu.
O práci mluvíme, když způsobenou změnu energie můžeme vyjádřit jako součin veličin, obvykle síly a posunutí, či tlaku a změny objemu, nebo konečně jako součin napětí, proudu a času. O teplo jde tehdy, když se změna energie jako součin jiných měřitelných veličin vyjádřit nedá. Teplo popisuje procesy, v nichž se odehrává spousta „mikroprací“, tj. srážek jednotlivých částic, které přímo nemůžeme sledovat.
Základní jednotkou všech těchto tří veličin je joule se značkou J. Ten se rovná práci vykonané při posunutí něčeho silou jednoho newtonu o jeden metr. Zhruba tedy při zvednutí decilitru vody o metr výše (to proto, že decilitr má tíhu asi ten 1 N).
Zastaralou jednotkou je kalorie. Ta byla definována jako teplo, potřebné k ohřátí gramu vody o jeden stupeň (Celsiův, tedy o jeden kelvin). Přepočet na jouly je dán tzv. měrným teplem vody, které činí 4,2 J/(g.K), jedna kalorie je tedy 4,2 J. Dnes se učí, že za den potřebujeme sníst potravu, ze které by šlo oxidací získat asi deset megajoulů. Na obalech potravin apod. se slovo kalorie občas ještě vyskytne, ale aby to nevzbuzovalo v konzumentech hrůzu, tak se jím označuje ve skutečnosti energie jedné kilokalorie (v této klamavé notaci má člověk za den zkonzumovat asi 2500 „Kalorií“, ve skutečnosti kilokalorií).
Zejména pokud jde o elektřinu, i dnes se běžně používá jednotka kilowatthodina. Abychom pochopili dobře, oč jde, musíme si vyjasnit další veličinu, totiž výkon (v některých situacích se mluví o příkonu). Je to „tempo práce“, základní jednotkou je joule za sekundu, nazývá se též watt. V případě elektřiny je její vyjádření měřitelnými veličinami zvláště snadné, je to součin jednoho voltu a jednoho ampéru. Protéká-li velmi silnou lampou při napětí 240 V proud 4 A, je její příkon téměř jeden kilowatt. Za jednu sekundu vykoná elektrická síť na lampě „elektrickou práci“ jednoho kilojoulu (trochu větší elektrickou práci, běžně tak o desetinu, musí na té síti vykonat nějaký generátor, protože se ohřívají také vodiče mezi ním a lampou). Můžeme to ale označit také jako práci o velikosti jedné kilowattsekundy. Taková jednotka je samozřejmě zbytečná, ale pro součin příkonu a delší doby, totiž jedné hodiny, se velmi hodí právě jednotka uvedená výše – pro onu lampu by šlo za jednu hodinu o práci 1 kWh. Přepočet na jouly je zřejmý: jedna hodina má 3600 s, 1 kWh se tedy rovná 3600 kJ, aneb 3,6 MJ. Tento přepočet je dobré si zapamatovat nebo jej umět kdykoliv znovu odvodit:
1 kWh = 3,6 MJ
Ještě dva příklady. Uvažujme turbínu, přes kterou protéká každou sekundu „jeden kubík“ (krychlový metr) vody, přičemž se hladiny nad turbínou a pod ní liší o deset metrů. Kubík vody je k zemi přitahován silou 10 kN, klesi-li o 10 m níže, vykonal práci 100 kJ. Výkon turbíny se tedy může blížit 100 kW. Za den tak proudící voda vykoná práci 24× větší, tedy 2400 kWh. A na závěr, jaký výkon má člověk, tedy jakým tempem musí předává teplo do svého okolí, aby se nepřehřál a neumřel: za den to musí být oněch asi 10 MJ aneb necelé 3 kWh, výkon má tedy v průměru něco přes sto wattů (3 kWh / 24 h), ve dne víc, ve spánku méně. Jako potrava by to pokrylo 0,6 kg suchého dřeva, ale to je nestravitelné, takže může jít o necelý jeden jeden kilogram čerstvého chleba (ten totiž není suchý). Vydatnější je olej, toho stačí čtvrt kila.
V literatuře se lze setkat s jednotkami, nad kterými lze jen kroutit hlavou. Taková je British thermal unit (BTU), což je asi jeden kilojoule. Jednotka „quad“ je americký kvadrilion (1015) BTU aneb asi 1018 J. Jiné jsou odvozené ze spalného tepla různých paliv (ropy, uhlí), a označují se jako „ton of oil equivalent“ apod. Spalné teplo ropy je asi 42 MJ/kg, čili 42 GJ/t, tedy „toe“ je asi 42 GJ. Obdobně tuna uhelného ekvivalentu „tce“ je asi 29 GJ.
V měřítku celých zemí se hovoří o velkých spoustách elektrické práce (zkráceně elektřiny, naprosto nesmyslně „elektrické energie“ – takovou veličinu vůbec není možné definovat) tepla (nikoliv tepelné energie, to byl starý název pro vnitřní energii) nebo „energie dodané v palivu“ (rozuměj, teplu, které lze uvolnit jeho oxidací). Jde o značné desítkové řády, běžně o deset na patnáctou joulu (jeden petajoule, PJ) či o deset na osmnáctou joulu (exajoule, EJ), obě jednotky se používají velmi běžně. Stejně jako gigawatty nebo terawatty v případě výkonu. Např. každý z obou bloků elektrárny u Temelína má elektrický výkon 1 GW, tepelný ovšem větší než 2 GW – „Temelín“ hlavně ohřívá vzduch a odpařuje vodu odebranou z Vltavy. Nebo, na českou krajinu dopadá za jasného letního poledne téměř 80 TW slunečního záření (osmdesát tisíc čtverečních kilometrů × 1 kW/m2).