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按照国际单位系统的规定，法定能量计量单位是焦耳（joule，J）或千焦耳（kJ）。在生理学上有关能量代谢的研究中，热量单位传统使用卡（cal）或千卡（kcal），1千卡是指能使1升纯水从15℃加热到16℃所需的能量。卡和焦耳之间的换算关系是：1cal=4.187J或1J=0.23885cal。
能量代谢的测量方法有很多，比如直接测热法、间接测热法、双标水法、心率检测法、运动传感器法、自我报告法等。
直接测热法的原理是将受试者置于密闭的舱室内，用舱内管道中流动的水来吸收受试者机体所散发的热量，并根据流过的水量以及温度差，来测出水所吸收的热量，以此来确定机体单位时间向外界散发的总热量，此总热量即为能量代谢率。此方法被认为是金标准，测量精确并且受试者可以进行自由活动，但由于设备复杂、造价昂贵以及操作繁琐，很少使用。
间接测热法是通过测量氧气消耗量以及二氧化碳产生量来计算能量消耗。经典的有道格拉斯袋(Douglas bag)，但是这种装置使用较为繁琐。其他主要的设备还有人体能量代谢测试舱，其原理是用近似密闭的舱室来连续收集氧气和二氧化碳以此来分析舱内两种气体含量的变化，从而计算能量消耗。这种方法的优点在于受试者在舱内可以自由活动，并且提供了一个不受外界环境干扰的稳定的测试环境。间接热量测试方法被认为是精度比较高的测试方法。通常情况下间接热量测试法用于评定其它测试方法的有效度和可靠性。
双标水法的原理是受试者口服含有氢(H)和氧(O)的稳定同位素的水(H2O)，通过收集尿液或唾液中这两种同位素浓度的变化来计算能量消耗。这种方法的优点是无创，准确度和精确度高，但其缺点是价格昂贵而且难以获得能量消耗以及身体活动的模式。
心率检测法的原理是在有氧运动范围内，根据心率和氧气消耗量之间所存在的线性关系，建立校准曲线来估算能量消耗。其优点是操作简单，价格低廉。但是所确立的心率和氧气消耗关系个体性较强，不具有普遍性。
运动传感器可以分为计步器(Pedometers)和加速度计(Accelerometers)两种，其原理是由运动传感器测量躯体相应部位的运动或加速度信息，经过计算间接获得能量消耗。这种方法的特点在于数据可以直接被计算机处理，操作简单，便携性好。目前较新的运动感应器有IDEEA、armband。
自我报告包括身体活动记录表和调查问卷。这种方法的优点是过程简单，便于操作，成本较低。但是由于受试者存在着很强的主观性等因素，此方法不能作为准确测量能量代谢的方法。同时研究人员通过大样本量的人群实验建立了基于性别、年龄、身高、体重的能量预测的代谢方程，通过计算能量代谢来应用于很多领域人群的能量平衡控制，即通过计算能量消耗来估计能量需要，比如可以应用于学校饮食制定、体重管控、住院患者的营养管控等。
