自古以來，人類就從來沒有減慢過對自然環(huán)境中能量進行利用的步伐，無論是遠古時期人類祖先利用火種極大提升了適應(yīng)和改造環(huán)境的能力，還是現(xiàn)代的人們應(yīng)用各種油氣資源和新能源推進生產(chǎn)和生活水平的提升，都與能量的直接或者間接利用密切相關(guān)。而能夠制造出不需要輸入能量且能持續(xù)對外輸出能量的機器，則成為很多人為之奮斗的夢想，”永動機“的概念就是在這樣一種大的背景下，大約在1000年前開始萌發(fā)的，之后很多包括科學(xué)家、機械制造者、瘋狂愛好者腦洞大開，提出了各種各樣關(guān)于永動機的模型，但運行起來后均告失敗。
為什么永動機制造不出來？主要原因在于它違反了物理學(xué)的基礎(chǔ)定律。如果從運動方面來看，在不需要輸入能量的情況下可以持續(xù)對外做功，那么在這個系統(tǒng)中總的能量就會持續(xù)增加，這不符合能量守恒定律。如果從熱力學(xué)方面來看，當在沒有溫差的情況下，一個機器系統(tǒng)可以持續(xù)從外界吸收熱量而轉(zhuǎn)化為機械能，那么這也與熱力學(xué)第二定律相違背。而能量守恒、熱力學(xué)定律是當今物理界最基礎(chǔ)的理論，我們不可以創(chuàng)造出一個物體，使其運動規(guī)律脫離現(xiàn)有物體體系的規(guī)律框架。
有些人到目前為止對永動機還不放棄，甚至認為只要是持續(xù)運動的物體，就有可能成為一個永動機系統(tǒng)，這是對能量守恒定律的片面理解，也是對永動機概念的片面理解。既然叫永動機，絕不僅僅是字面上體現(xiàn)的”永動“二字，更重要的是要在沒有能量輸入的情況下對外界持續(xù)做功，脫離了這個終極目的談永動機，都不是嚴格意義上的永動機。
比如，有的人提出：“地球永遠圍繞著太陽進行公轉(zhuǎn)，那么地球就是一個永動機”就犯了這樣的錯誤。按照牛頓力學(xué)定律，如果一個物體沒有受到外力或者受到外力的合力為零，那么這個物體就會保持原有的運動狀態(tài)不變，地球在宇宙空間中的運行，受到的各種引力的作用綜合結(jié)果基本上平衡的，因此在非常稀薄的宇宙空間中可以維持著周期性的高速運轉(zhuǎn)。從地球系統(tǒng)來看，雖然地球本身處在不斷地運動中，但它沒有對外做功，也就是說它不是一個“永動機”。假如我們在地球行進路線中，放置大量的阻擋物、或者將地球連上許多巨大的齒輪，讓地球?qū)@些外界物體做功，則地球本身自轉(zhuǎn)或者圍繞太陽公轉(zhuǎn)的運動速度，將會逐漸地被降下來直至相對性的停止。
同樣的，在分子層面，分子每時每刻在進行的無規(guī)則運動，也不能將其看作是一個個“永動機”，它們的運動是分子熱運動的體現(xiàn)形式。宇宙中所有物體的溫度都在絕對零度以上，那么分子就會擁有不同程度的內(nèi)能，這些內(nèi)能是分子進行無規(guī)則運動的源泉。而我們創(chuàng)造出來的“溫度”的概念，就是衡量物體內(nèi)部微觀粒子熱運動水平高低的一個標量，熱運動越劇烈，微觀粒子間的碰撞和摩擦就越強，對外表現(xiàn)出的溫度就越高。反過來，我們對一個系統(tǒng)注入能量，就會推動提升分子間的熱運動水平。處于不同熱運動水平的物質(zhì)，即在宏觀上表現(xiàn)為溫度不同的物體，它們之間在一定距離內(nèi)可以通過熱傳導(dǎo)、熱對流或者熱輻射的方式進行熱量的傳遞，最終使得在一個系統(tǒng)中的溫度保持恒定狀態(tài)。
按照熱力學(xué)第二定律，熱量僅可以從溫度的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，同時，不可能從單一熱源持續(xù)吸收熱量并對外做功，而不會對熱源及其它因素產(chǎn)生影響。從中我們可以看出，當一個物體對外界做功，在沒有外界能量的輸入之下，組成物體的微觀粒子的總內(nèi)能是呈下降趨勢的，而總內(nèi)能表現(xiàn)在兩個方面，一個是分子的平均動能，另外一個是平均勢能，那么在持續(xù)對外界做功的這種情況下，物體如果沒有空間上的轉(zhuǎn)換，那么組成物體分子的平均動能必將會逐漸減少，分子無論是運動的幅度、范圍還是頻次，都較做功以前要有一定程度地減弱。
而要使分子恢復(fù)以前的狀態(tài)，必須要為這個物體所在的系統(tǒng)重新注入相應(yīng)的能量。理論上在對外做功的同時，分子的運動就會減弱，直至完全停止，在溫度表現(xiàn)上就是到了絕對零度，當然這個是不可能實現(xiàn)的，所以說，分子做無規(guī)則地運動也不可能永遠進行對外做功，也就形成不了“永動機”了。
除此之外，有的人還依據(jù)真空中兩片中性金屬板會出現(xiàn)相互的吸引力為題，指出真空既然什么物質(zhì)也沒有，但是能夠提供這種吸引的作用力，是不是可以制造永動機來。其實，這種現(xiàn)象叫做卡西米爾效應(yīng)，這個效應(yīng)是荷蘭物理學(xué)家卡西米爾，根據(jù)量子場論中的“真空不空”現(xiàn)象提出來的一種效應(yīng)，其實質(zhì)上并非能量憑空產(chǎn)生，而是與量子力學(xué)中在時間非常確定的情況下能量發(fā)生漲落的不確定性相類似，是金屬導(dǎo)體或者介電材料，在距離非常近的情況下，改變了真空中二次量子化后電磁場的能量“期望值”而已，本身也沒有違背能量守恒定律。
