1841年，英国杰出的物理学家焦耳揭示了一个关键的物理现象，即载流导体在通电过程中产生的热量，我们称之为焦耳热Q，与电流I的平方、导体的电阻R以及通电时间t之间存在直接关系。这一发现被总结为焦耳定律，它是电学领域基础且至关重要的原理。
焦耳定律在采用国际单位制下的数学表达式为Q=I^2×Rt，其中Q代表焦耳热（单位为焦耳，J），I代表电流（单位安培，A），R代表电阻（单位欧姆，Ω），t则表示时间（单位秒，s）。此外，还可以用热功率P来表示，即P=I^2×R，同样适用于瓦特（W）的单位。这一公式在设计电照明设备、电热设备以及计算电气设备温升时具有重要意义。
在电路应用上，焦耳定律有所区分。在串联电路中，电流保持一致，因此电阻较大的用电器产生的热量会更多。而在并联电路中，电压恒定，通过公式W=Q=Pt=(U^2/R)×t，当电压U固定时，电阻R较大的用电器产生的热量Q会相对较小。
值得注意的是，焦耳定律与电功公式W=UIt并不完全相同，只有在纯电阻电路，如电热器中，两者才相等。另外，焦耳定律还可以变形为Q=IR，其中R不再代表电阻，而是表示电流通过的电阻值，单位为库仑每秒（C/s）。
在热力学中，焦耳定律的另一个应用是解释气体的内能。内能仅与温度有关，而与体积无关，即内能对体积的偏导数为零，这是焦耳定律在热力学领域的一个重要体现。
焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I^2;×Rt（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=PT;Q=UIT;Q=(U^2/R)T