En la naturaleza, la energía y la materia se encuentran asociados relacionándose entre sí. La energía puede actuar directamente sobre los cuerpos produciendo cambios. Estos cambios pueden ser físicos o químicos.
Los cambios físicos son transformaciones que no cambian la composición de la materia, son cambios en los que no se producen nuevas sustancias y están asociados a modificaciones de las fuerzas de atracción entre las partículas que componen la materia. Ejemplos de dichos cambios son: Cuando moldeamos la plastilina, estiramos una liga, disolvemos una sustancia en otra como sal y agua o alcohol y agua.
La energía está acoplada a los cambios físicos, la energía es la capacidad para hacer un trabajo. Existen dos formas básicas de energía: Energía cinética y potencial. La energía potencial está relacionada con la posición relativa de un objeto y la energía cinética se refiere al movimiento. Para la mayoría de las sustancias se dan los cambios de fase que pueden existir en tres estados, dependiendo de la temperatura y la presión. Dichos estados son: Líquido, sólido y gaseoso, se conocen como fases cuando ya existen formando partes físicamente distintas de una mezcla, el agua con hielo es un ejemplo de dos fases: Hielo (sólido) y agua (líquido).
La cantidad de energía necesaria para fundir un mol de un sólido en su punto normal de congelación se conoce como calor molar de fusión y la cantidad de calor necesaria para transformar un gramo de líquido en vapor se llama calor de vaporización y cuando la cantidad de líquido es un mol se llama calor molar de vaporización.
En los cambios químicos, también ocurren cambios energéticos, ya que la energía almacenada en los reaccionantes es diferente a la almacenada en los productos. En las sustancias químicas existe energía potencial que se libera según se formen o rompan enlaces químicos. La energía liberada o absorbida en una reacción química se llama entalpía y puede ser de formación, de combustión o de neutralización, también se puede determinar la entalpía utilizando entalpías de reacción conocidas y combinándolas para que la resultante sea la reacción deseada, esto se llama Ley de Hess. Hay otras magnitudes termodinámicas asociadas a las reacciones químicas como es la entropía. Willard Gibbs definió una función que combina la entropía y la entalpía; ésta se denomina energía libre.
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