エネルギーには熱を含めて力学（運動，機械)，化学，電気・磁気，核，光（電磁波）などさまざまな形態があるが，エネルギー変換はこれらのエネルギー形態間の変換を意味する．エネルギー変換を支配する原理は表に示すような物理的あるいは化学的変化過程である．表中にはまだ発見されていない現象とか効果がある可能性もある（例えば反粒子によるエネルギー発生)．
エネルギー変換過程で“熱エネルギー”の特殊性を考える必要がある．熱は最終的な形態のエネルギーで熱以外のエネルギーは放置しておくとすべて熱になり，最も使い尽くされたエネルギーといわれる．逆に外界に何の変化も残さず熱をすべて他の形態のエネルギーに変換することはできない（熱力学第二法則)．
エネルギー変換の目的は用途に見合う形態に変形，加工することである．熱とか化学エネルギーのように輸送・貯蔵に適したエネルギー形態であるとか，利用上利便性の高い電力・動力は貯蔵には適さないなどそれぞれに特徴がある．
エネルギー変換機器は表に示した原理にそって作られた装置，設備である．電力を得るためには一次エネルギーの大半を占める化石および核燃料を燃焼（装置）によって作動流体の熱エネルギー（高温，高圧）に変換し，さらに膨張機（タービン）で発電機を駆動し，余剰の熱を外界に廃棄する方法が一般的である．また逆に動力（電力）を用いて圧縮機を駆動して高温，高圧の流体をつくり，凝縮器における放熱あるいは蒸発器における吸熱を暖房・冷房に利用する圧縮式ヒートポンプ・冷房機も重要なエネルギー変換機器である．さらに輸送用の動力には火花点火あるいは圧縮点火往復動内燃機関が多用され，これらの変換機器の性能向上のための研究開発が続けられている．