Το πρώτο θερμοδυναμικό αξίωμα εκφράζει την αρχή της διατήρησης της ενέργειας. Για να εφαρμοστεί το Α ́ θερμοδυναμικό αξίωμα πρέπει να οριστούν πιο πριν οι διάφορες μορφές της ενέργειας, οι οποίες συναντώνται στη μηχανική, όπως π.χ. η εσωτερική ενέργεια και η θερμότητα.
Η πειραματική δουλειά η οποία θεμελίωσε την αρχή της διατήρησης της ενέργειας έγινε στην Αγγλία. Ο James Prescott Joule, βιομήχανος μπίρας και ερασιτέχνης ερευνητής, προσέγγισε το ίδιο ζήτημα με τρόπο ατόφια Γαλλιλαιϊκό. Αφέθηκε στις συσκευές και στα πειράματα να τον οδηγήσουν προς την ίδια κατεύθυνση προς την οποία είχε προχωρήσει και ο Mayer, κύρια μέσα από παρατηρήσεις και στοχασμό. Ήταν κι αυτός πεισμένος ότι η ενέργεια εμφανιζόταν με διάφορες μορφές χωρίς να καταστραφεί και, αγνοώντας τη φιλοσοφική προσέγγιση, αφοσιώθηκε στο να ανακρίνει τη φύση ώστε να το ακούσει απ’ αυτή, στη γνωστή γλώσσα των μετρήσεων και των αριθμών. Επί μια δεκαετία, περίπου, δουλεύοντας συστηματικά, προσπάθησε να μετρήσει τα ποσά των διαφόρων μορφών ενέργειας, τα οποία θα μπορούσαν να μετατραπούν σε μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας. Αρχικά (1940) συγκέντρωσε την προσοχή του στο ποσό θερμότητας που δημιουργείται σε ορισμένο χρόνο από το ηλεκτρικό ρεύμα πάνω σε μια αντίσταση και γρήγορα διαπίστωσε ότι είναι ανάλογο προς το τετράγωνο της έντασης του ρεύματος και προς την ηλεκτρική αντίσταση [I²/R] (η διατύπωση αποτελεί το λεγόμενο Νόμο του Joule για τα θερμικά αποτελέσματα του ρεύματος).
Σε ένα άλλο πείραμα, χρησιμοποίησε μια απλή ηλεκτρική γεννήτρια την οποία ενεργοποιούσε η πτώση ενός σώματος. Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα ζέσταινε ένα νήμα σε δοχείο με νερό. Το νήμα με τη σειρά του ζέσταινε το νερό. Μετρώντας το ύψος από το οποίο έπεφτε το σώμα γνωστής μάζας μπορούσε να υπολογίζει το μηχανικό έργο. Απ’ τη μάζα του νερού και την αύξηση της θερμοκρασίας του έβγαζε συμπεράσματα για το ποσό της μεταβιβαζόμενης θερμότητας. Σε ένα ακόμα πείραμα, συμπίεζε το αέριο μιας φιάλης βυθισμένης στο νερό. Μετρούσε την ποσότητα του έργου για να πετύχει τη συμπίεση, καθώς και το ποσό θερμότητας που το αέριο μεταβίβαζε στο νερό.
Το κρίσιμο πείραμα πρέπει να έγινε στα 1847, με την περίφημη συσκευή, στην οποία δύο βάρη πέφτοντας έθεταν σε περιστροφική κίνηση πτερύγια βυθισμένα σε νερό. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια των δύο σωμάτων μετατρεπόταν σε κινητική ενέργεια του στρεφόμενου στελέχους και από εκεί και πέρα ανύψωνε τη θερμοκρασία του νερού. Οι μετροταινίες, τα θερμόμετρα και οι ζυγαριές έδειχναν ότι μία ορισμένη ποσότητα θερμότητας «γεννιόταν» από μια δεδομένη ποσότητα μηχανικής ενέργειας. Αν «μεταφράσουμε» το αποτέλεσμα των μετρήσεων του Joule σε μονάδες μέτρησης σημερινές, μπορούμε να πούμε ότι αυτό που απέδειξε πειραματικά ήταν ότι: με οποιοδήποτε τρόπο και να γίνει η μετατροπή μηχανικής ενέργειας σε θερμότητα, για να παραχθεί μια θερμίδα (cal) χρειάζονται 4,17 σημερινές μονάδες μηχανικής ενέργειας.
Τα αποτελέσματά του βρίσκονται πολύ κοντά σε αυτό που πιστεύουμε σήμερα. Η ποσότητα 4,186 Joule/cal αποτελεί σήμερα το λεγόμενο μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας. Η θερμότητα έδειχνε πια να είναι μια μορφή ενέργειας.