從愛因斯坦的狹義相對論中，可以推導出著名的質能方程：
E=mc^2
其中E為能量，m為質量，c為真空中的光速（299792458米/秒）。
從中我們知道，任何物質都蘊含著巨大的能量。通過計算可知，只要大約1.1噸的物質完全轉化為能量，就相當於全人類目前一年所消耗的能量。原子彈、氫彈、恆星以及正反物質湮滅都是利用了質量轉變為能量的原理，所以這些過程才會產生巨大的能量，例如，之所以太陽每秒能夠產生3.8×10^26焦耳的能量，是因為每秒有大約426噸的氫原子核轉變為能量。
既然質量能夠轉變成能量，那麼，能量反過來能否產生質量呢？
根據質能方程，質量和能量在本質上是等價的，這意味著它們之間能夠互相轉換，物質可以從純能量中產生（m=E/c^2）。只是這個過程在目前十分罕見，但在宇宙的最初時刻決定了宇宙的未來。
能量轉化為質量
根據宇宙學標準模型，宇宙起始於138億年前，最初的宇宙中並沒有物質和空間，只有一個擁有無限溫度和密度的奇點。當宇宙誕生時，純能量轉化成各種正反粒子對。正反粒子對相遇之後，它們會發生湮滅，又再次轉化為能量。
但由於某種不對稱的過程，純能量所產生的正物質粒子略多於反物質粒子，導致反物質粒子幾乎被湮滅殆盡，宇宙中只剩下了一些正物質粒子。迄今為止，宇宙學家還不清楚究竟是什麼原因讓正粒子略多於反粒子。
隨著空間的膨脹，宇宙溫度逐漸下降，正物質粒子最終逐漸結合形成了中性原子。隨著時間的推移，中性原子結合在一起形成了宇宙中的各種天體，乃至地球生命。也就是說，組成生命和非生命的各種原子最初都是源自於純能量。不過，組成我們身上的原子現在很難轉變為純能量，除非與反物質的我們發生湮滅。
另外，物理學家在實驗中也有可能實現能量產生質量的過程。根據布萊特-惠勒過程，如果讓兩個能量非常高的光子（伽馬光子）互相碰撞，將會產生一對正反粒子對——電子和正電子，這意味著物質從能量中創造出來。目前，物理學家正在嘗試把光轉變為物質。一旦成功，意義非凡。
根據質能方程計算，如果要製造出1克物質，需要消耗大約9×10^13焦耳的能量，這相當於3070噸標準煤完全燃燒之後所產生的能量（可見化學反應的能效非常低）。基於目前的觀測結果，可觀測宇宙中的物質總重至少為10^53千克，這意味著宇宙最初至少有9×10^69焦耳的能量轉化為物質。