从爱因斯坦的狭义相对论中，可以推导出著名的质能方程：
E=mc^2
其中E为能量，m为质量，c为真空中的光速（299792458米/秒）。
从中我们知道，任何物质都蕴含着巨大的能量。通过计算可知，只要大约1.1吨的物质完全转化为能量，就相当于全人类目前一年所消耗的能量。原子弹、氢弹、恒星以及正反物质湮灭都是利用了质量转变为能量的原理，所以这些过程才会产生巨大的能量，例如，之所以太阳每秒能够产生3.8×10^26焦耳的能量，是因为每秒有大约426吨的氢原子核转变为能量。
既然质量能够转变成能量，那么，能量反过来能否产生质量呢？
根据质能方程，质量和能量在本质上是等价的，这意味着它们之间能够互相转换，物质可以从纯能量中产生（m=E/c^2）。只是这个过程在目前十分罕见，但在宇宙的最初时刻决定了宇宙的未来。
能量转化为质量
根据宇宙学标准模型，宇宙起始于138亿年前，最初的宇宙中并没有物质和空间，只有一个拥有无限温度和密度的奇点。当宇宙诞生时，纯能量转化成各种正反粒子对。正反粒子对相遇之后，它们会发生湮灭，又再次转化为能量。
但由于某种不对称的过程，纯能量所产生的正物质粒子略多于反物质粒子，导致反物质粒子几乎被湮灭殆尽，宇宙中只剩下了一些正物质粒子。迄今为止，宇宙学家还不清楚究竟是什么原因让正粒子略多于反粒子。
随着空间的膨胀，宇宙温度逐渐下降，正物质粒子最终逐渐结合形成了中性原子。随着时间的推移，中性原子结合在一起形成了宇宙中的各种天体，乃至地球生命。也就是说，组成生命和非生命的各种原子最初都是源自于纯能量。不过，组成我们身上的原子现在很难转变为纯能量，除非与反物质的我们发生湮灭。
另外，物理学家在实验中也有可能实现能量产生质量的过程。根据布莱特-惠勒过程，如果让两个能量非常高的光子（伽马光子）互相碰撞，将会产生一对正反粒子对——电子和正电子，这意味着物质从能量中创造出来。目前，物理学家正在尝试把光转变为物质。一旦成功，意义非凡。
根据质能方程计算，如果要制造出1克物质，需要消耗大约9×10^13焦耳的能量，这相当于3070吨标准煤完全燃烧之后所产生的能量（可见化学反应的能效非常低）。基于目前的观测结果，可观测宇宙中的物质总重至少为10^53千克，这意味着宇宙最初至少有9×10^69焦耳的能量转化为物质。
