Nei problemi di meccanica classica, l'energia totale assume fondamentalmente il significato di somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale:

${\displaystyle E=E_{K}+U\ }$

tale relazione ha valenza generale, e si estende anche a sistemi fisici non macroscopici, per i quali l'energia potenziale U non dipende in generale dal campo gravitazionale.

Lo stesso argomento in dettaglio: Energia interna.

In termodinamica l'energia totale di un sistema termodinamico è la somma dei contributi traslazionali, vibrazionali, rotazionali ed elettronici delle particelle costituenti il sistema, ma non comprende l'energia al punto zero (energia fondamentale posseduta a 0 K), diversamente dall'energia interna che ne tiene conto^[1].

Energia totale = Energia interna- Energia interna a T₀

L'energia interna a T₀ è l'energia a 0 K, quando cioè i moti traslazionali, vibrazionali e rotazionali delle particelle costituenti il sistema cessano, ed è dovuta soltanto alla struttura interna degli atomi.^[2]

Quando ${\displaystyle U_{0}=0}$ l'energia totale corrisponde all'energia interna.

In meccanica statistica l'energia totale di un sistema (insieme canonico) è uguale a:

${\displaystyle E=\sum _{i}\varepsilon _{i}\cdot N_{i}}$

dove:

• ${\displaystyle \varepsilon _{i}}$ = energia del livello i - energia del livello 0
• ${\displaystyle N_{i}}$ = numero di particelle del livello i

L'energia totale è anche uguale a:

${\displaystyle E=\langle E\rangle \cdot N_{tot}}$

dove:

• ${\displaystyle \langle E\rangle }$ = energia media
• ${\displaystyle N_{tot}}$ = numero totale di particelle del sistema

Esprimendola in funzione della funzione di partizione l'energia totale è:

${\displaystyle E=-{\frac {\partial \ln Z}{\partial \beta }}}$

Lo stesso argomento in dettaglio: Energia totale relativistica.

In teoria della relatività ristretta l'energia totale è data da Energia a riposo + Energia cinetica.

${\displaystyle E=m_{0}c^{2}+K=\gamma m_{0}c^{2}\ }$

dove:

${\displaystyle K=(\gamma -1)m_{0}c^{2}\ }$