Явища обміну речовин полягають в надходженні в організм із зовнішнього середовища різних речовин, у засвоєнні й зміні їх у виділенні утворюються продуктів розпаду. При всіх цих процесах зміни речовин в організмі спостерігається безліч різних хімічних, механічних, термічних і електричних явищ, що постійно відбувається перетворення енергії: потенційна енергія складних органічних сполук при їх розщепленні звільняється і перетворюється в теплову, механічну, електричну. Переважно в організмі звільняється теплова та механічна енергія. Кількісно мізерно звільнення електричної енергії, що має, однак, вельми важливе фізіологічне значення функції нервової системи. Потенційна хімічна енергія у деяких організмів також перетворюється в світлову енергію.
Енергія, освобождающаяся в організмі, використовується не тільки на підтримку температури тіла і здійснення зовнішньої роботи, але і на підтримання структури і життєдіяльності клітин і на процеси, пов'язані з їх ростом і розвитком.
Організм тварин постійно витрачає різні речовини, що розщеплюються в ньому, і значні кількості енергії. Тому він має потребу в їжі, що містить складні органічні сполуки, які є джерелом пластичного матеріалу і енергії.
Обмін речовин і перетворення енергії невіддільні один від одного. Не існує зміни речовини без перетворення енергії і немає обміну енергії без обміну речовин. Кількісно переважаючим результатом енергетичних процесів, що відбуваються в організмі, є утворення тепла. Визначення звільнилася в організмі теплової енергії і перерахунок в одиниці тепла механічної енергії зовнішнього роботи можуть служити способом кількісного вираження енергетичних витрат організму і показником інтенсивності процесів обміну. Сучасна фізіологія широко використовує дані енергетики, теоретичні основи термодинаміки та її методи дослідження для вивчення біологічних процесів. Подібний напрямок дослідження можливо через те, що процеси обміну речовин і енергії живого організму протікають згідно превеликий узагальнення природознавства - закону збереження матерії і енергії.
В живому організмі матерія і енергія не створюються і не зникають, відбувається лише їх зміна, поглинання і виділення.
Перші експериментальні докази цього були отримані ще A. Л. Лавуазьє та П. С. Лапласом у 1781 р. Вони визначили кількість тепла, відданого організмом морської свинки в крижаному калориметре. Одночасно досліджувався виділення вуглекислого газу твариною, що дало можливість встановити кількість окисленого в організмі вуглецю. Потім Лавуазьє та Лаплас визначили величину теплової енергії, що звільняється при згорянні в калориметре вугілля в кількості, що відповідає кількості окисленого в тілі тварини вуглецю. Виявилося, що результати обох пологів калориметричних визначень збіглися. Таким шляхом було доведено, що звільнення енергії в організмі є наслідком окислювальних процесів.
Висновки Лавуазьє та Лаплас багаторазово перевірялися, причому застосовувалася все більш досконала техніка дослідження і виходили аналогічні за їх теоретичному значенню результати. Особливо чіткі дані були отримані М. Рубнером в дослідах на собаках і У. Этуотером в дослідженнях, проведених на людях. Незважаючи на надзвичайну складність експерименту, дослідники отримали дивно близько збігаються величини теплової енергії, що виділяється при окисленні в організмі певних поживних речовин, так і при спалюванні їх поза організмом.
