Fin dalla preistoria, e per gran parte della storia umana, le uniche fonti di energia utilizzabili dall'uomo furono la forza umana o animale, nonché la combustione di legno o biomassa per la produzione di calore o lavoro.
Più tardi, la navigazione a vela, così come l'innovazione dei mulini ad acqua o a vento per la macinazione del grano rappresentarono una prima diversificazione nello sfruttamento delle fonti energetiche. 
Oggi la presenza di numerose fonti di energia (abbondante e a basso prezzo) ha permesso uno sviluppo notevole di infrastrutture e una accelerazione del processo di industrializzazione; l'evoluzione della società umana richiede infatti un apporto di energia sempre maggiore e questo ha portato allo sviluppo di strutture estremamente sofisticate atte alla produzione di energia e al suo immagazzinamento. 
Le fonti da cui proviene l'energia che utilizziamo giornalmente sono quindi molte e di varia natura ma qual è l'origine di tutte le fonti energetiche, cioè quella da cui derivano tutte le altre?

Le fonti enegetiche ritenute primarie sono tre: la radiazione solare, il calore interno alla terra e il campo gravitazionale; tutte le altre forme di energia si dicono derivate. Esaminiamo ora quale relazione esiste fra le fonti primarie e quella derivate. L'energia solare può essere immediatamente utilizzata come energia termica (calore) ma si rende disponibile in diverse altre forme. Da essa deriva l'energia eolica cioè l'energia del vento, prodotto dal diverso riscaldamento delle masse d'aria nell'atmosfera. Il vento a sua volta causa l'evaporaiozne di masse d'acqua: queste condensano e precipitano come pioggia o neve alimentando i fiumi e trasformandosi in energia idrica. L'energia eolica e l'energia idrica sono utilizzabili direttamente come energia meccanica (impiegata per ricavare energia elettrica nelle centrali eoliche e nelle centrali idroelettriche). Inoltre, l'energia solare catturata dalle piante durante la fotosintesi clorofilliana, si trasforma nell'energia chimica contenuta negli alimenti, nei materiali vegetali (biomassa); i combustibili fossili (carbone, petrolio e metano), liberano come energia termica l'energia solare catturata durante le epoche passate. Infine, l'energia solare può essere direttamente trasformata in enenergia elettrica nelle celle fotovoltaiche, cioè dispositivi in grado di generare una corrente elettrica nel momento in cui vengono colpiti dalla luce solare. Nelle centrali fotovoltaiche esse vengono riunite in gran numero in una serie di pannelli. 

Pertantanto, quasi la totalità delle fonti di energia presenti sulla terra ha come origine la radiazione solare. A sua volta, però, essa viene generata per effetto delle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel Sole, provocata da elevatissimi valori di pressione e temperatura per azione della forza di gravità. Per effetto della stessa forza di gravità sulla massa esterna del globo terrestre, si genera la maggior parte del calore interno del nostro pianeta, dando luogo ai fenomeni endogeni e all'energia geotermica. Questa energia può essere estratta dalle rocce e dalle acque sotterranee calde e resa disponibile come energia termica. L'energia gravitazionale causa inoltre i movimenti delle acque marine, noti come maree, generando l'energia mereomotrice che si utilizza trasformandola in energia elettrica. Quindi la forza di gravità, o meglio l'energia gravitazionale, è alla base di tutto il ciclo.

Come abbiamo visto, le trasformazioni dell'energia possono avvenire tramite processi naturali oppure artificialmente. Quando avvengono artificialmente vengono utilizzati i cosiddetti convertitori di energia, cioè apparecchi capaci di utilizzare una forma di energia per trasformarla in un'altra. Sono convertitori ad esempio una stufa, una lampada, una pila, un motore elettrico, un reattore nucleare, una cella fotovoltaica. 

Oltre a classificare le fonti di energia in primarie e secondarie distinguiamo le fonti di energia rinnovabili e quelle non rinnovabili. Le prime sono quelle che vengono continuamente ricostituite e che quindi non si esauriscono. Sono rinnovabili l'energia solare e le altre fonti energetiche da essa alimentate, quali le biomasse (materiali vegetali), l'energia eolica, idrica, mareomotrice e geotermica, di cui abbiamo precedentemente parlato. Le seconde, quelle non rinnovabili, una volta esaurite, non possono più essere ricostituite (inoltre, i loro prodotti di combustione pongono seri problemi di alterazione e inquinamento dell'atmosfera). Sono fonti non rinnovabili i combustibili fossili e i combustibili nucleari.