自古以來，人類就從來沒有減慢過對自然環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和改造環境的能力，還是現代的人們應用各種油氣資源和新能源推進生產和生活水平的提升，都與能量的直接或者間接利用密切相關。而能夠製造出不需要輸入能量且能持續對外輸出能量的機器，則成為很多人為之奮鬥的夢想，」永動機「的概念就是在這樣一種大的背景下，大約在1000年前開始萌發的，之後很多包括科學家、機械製造者、瘋狂愛好者腦洞大開，提出了各種各樣關於永動機的模型，但運行起來後均告失敗。
為什麼永動機製造不出來？主要原因在於它違反了物理學的基礎定律。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對外做功，那麼在這個系統中總的能量就會持續增加，這不符合能量守恆定律。如果從熱力學方面來看，當在沒有溫差的情況下，一個機器系統可以持續從外界吸收熱量而轉化為機械能，那麼這也與熱力學第二定律相違背。而能量守恆、熱力學定律是當今物理界最基礎的理論，我們不可以創造出一個物體，使其運動規律脫離現有物體體系的規律框架。
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運動的物體，就有可能成為一個永動機系統，這是對能量守恆定律的片面理解，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，那麼地球就是一個永動機」就犯了這樣的錯誤。按照牛頓力學定律，如果一個物體沒有受到外力或者受到外力的合力為零，那麼這個物體就會保持原有的運動狀態不變，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。從地球系統來看，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，讓地球對這些外界物體做功，則地球本身自轉或者圍繞太陽公轉的運動速度，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形式。宇宙中所有物體的溫度都在絕對零度以上，那麼分子就會擁有不同程度的內能，這些內能是分子進行無規則運動的源泉。而我們創造出來的「溫度」的概念，就是衡量物體內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，對外表現出的溫度就越高。反過來，我們對一個系統注入能量，就會推動提升分子間的熱運動水平。處於不同熱運動水平的物質，即在宏觀上表現為溫度不同的物體，它們之間在一定距離內可以通過熱傳導、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中的溫度保持恆定狀態。
按照熱力學第二定律，熱量僅可以從溫度的物體轉移到溫度低的物體，同時，不可能從單一熱源持續吸收熱量並對外做功，而不會對熱源及其它因素產生影響。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能是呈下降趨勢的，而總內能表現在兩個方面，一個是分子的平均動能，另外一個是平均勢能，那麼在持續對外界做功的這種情況下，物體如果沒有空間上的轉換，那麼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、範圍還是頻次，都較做功以前要有一定程度地減弱。
而要使分子恢復以前的狀態，必須要為這個物體所在的系統重新注入相應的能量。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，在溫度表現上就是到了絕對零度，當然這個是不可能實現的，所以說，分子做無規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，有的人還依據真空中兩片中性金屬板會出現相互的吸引力為題，指出真空既然什麼物質也沒有，但是能夠提供這種吸引的作用力，是不是可以製造永動機來。其實，這種現象叫作卡西米爾效應，這個效應是荷蘭物理學家卡西米爾，根據量子場論中的「真空不空」現象提出來的一種效應，其實質上並非能量憑空產生，而是與量子力學中在時間非常確定的情況下能量發生漲落的不確定性相類似，是金屬導體或者介電材料，在距離非常近的情況下，改變了真空中二次量子化後電磁場的能量「期望值」而已，本身也沒有違背能量守恆定律。