静电能是体系从当前位形转移到各部分相距无限远的过程中，系统对外做的总功。以下从定义、计算方法、特例、理论扩展、介质情况几方面详细介绍：
定义
静电能定义为把体系从当前位形，转移到每两部分间均相距无限远的过程中，系统对外做的总功。例如，真空中两个电荷$q_1$、$q_2$，相距$d$，固定$q_1$，将$q_2$移动到无穷远处，系统对外做的功$W = int_{(d,0,0)}^inftymathbf{F}cdotmathrm{d}mathbf{r}=int_{d}^inftydfrac{q_1q_2}{4pivarepsilon_0x^2}mathrm{d}x=dfrac{q_1q_2}{4pivarepsilon_0d}$，系统的静电能$U = W=dfrac{q_1q_2}{4pivarepsilon_0d}$。
推广到多个离散电荷和电荷连续分布的情况
多个离散电荷：真空中$n$个电荷，第$i$个电荷位矢$mathbf{r}i$，电荷量$q_i$，总静电能$U=sum{i<j}dfrac{q_iq_j}{4pivarepsilon_0|mathbf{r}_i - mathbf{r}j|}=dfrac{1}{2}sum{ineq j}dfrac{q_iq_j}{4pivarepsilon_0|mathbf{r}_i - mathbf{r}_j|}=dfrac{1}{2}sum_iq_ivarphi_i$。
电荷连续分布：真空中电荷分布为$rho = rho(mathbf{r})$，$U=dfrac{1}{2}iiint_Vrhovarphimathrm{d}V=dfrac{1}{2}iiint_Viiint_{V_1}dfrac{rho(mathbf{r})rho(mathbf{r}_1)}{4pivarepsilon_0|mathbf{r} - mathbf{r}_1|}mathrm{d}Vmathrm{d}V_1$。
特例说明
空间中有恒定电场$mathbf{E}=mathrm{E_0}hat{x}$，求电荷$q$沿$x$方向移动$d$获得的动能。若直接认为电势差$Deltavarphi = -E_0d$，由能量守恒得动能$T = -qDeltavarphi = qE_0d$，这是错误的。因为电场需电荷产生，设$(-a,0,0)$（$agg d$）处有$Q = 4pivarepsilon_0a^2E_0$（$Qgg q$）的电荷，此时静电能为$U(x)=dfrac{qQ}{4pivarepsilon_0(a + x)}=dfrac{qE_0a^2}{a + x}$，求极限得动能$T = U(0)-U(d)=limlimits_{ato +infty}qE_0a^2left(dfrac{1}{a}-dfrac{1}{a + x}right)=qE_0x$，与高中结论相同。由此得出若空间中的电势$varphi = varphi(mathbf{r})$只由固定在空间中的电荷分布造成，与外加电荷无关，令电荷$q$在该固定电荷分布造成场中运动，物体的静电能可等效为电势能$U(mathbf{r}) = qvarphi(mathbf{r})$，电势能只是静电能的一个特例，仅在外电场不随电荷改变而改变的情况中可使用。
另一种理论
静电能不仅在电荷分布处产生，在全空间都有分布，单位体积的静电能即静电能密度$w=dfrac{1}{2}varepsilon_0text{E}^2$，此时的静电能为$U=iiint_Vwmathrm{d}V=dfrac{varepsilon_0}{2}iiint_Vmathrm{E}^2mathrm{d}V$。可以证明在空间边界没有电势、电场的情况下，该式与$U=dfrac{1}{2}iiint_Vrhovarphimathrm{d}V$等效。但若无穷远处有电势、电场，或是积分范围$V_0$不是全空间，则这个区域真正的静电能要加上$I_0=dfrac{varepsilon_0}{2}oint_{partial V_0}varphimathbf Ecdotmathrm{d}bm S$，即$U=dfrac{varepsilon_0}{2}iiint_{V_0}mathrm{E}^2mathrm{d}V+dfrac{varepsilon_0}{2}oint_{partial V_0}varphimathbf Ecdotmathrm{d}bm S$。对于点电荷存在时静电能发散的问题，是因为点电荷的自能不是静电能，互能才是静电能，能量密度差（总能量密度减去单独在空间放每一个电荷的能量密度之和）的积分是收敛的。
介质情况
电介质的能量情况复杂，网上有$U=dfrac{1}{2}iiint_Vrho_text{free}varphimathrm{d}V$、$U=dfrac{1}{2}iiint_Vrho_text{total}varphimathrm{d}V$、$U=dfrac{1}{2}iiint_Vmathbf{D}cdotmathbf{E}mathrm{d}V$、$U=dfrac{varepsilon_0}{2}iiint_Vmathrm{E}^2mathrm{d}V$等公式。在空间边界没有电势、电场的情况下，$U=dfrac{1}{2}iiint_Vrho_text{free}varphimathrm{d}V$与$U=dfrac{1}{2}iiint_Vmathbf{D}cdotmathbf{E}mathrm{d}V$等价，$U=dfrac{1}{2}iiint_Vrho_text{total}varphimathrm{d}V$与$U=dfrac{varepsilon_0}{2}iiint_Vmathrm{E}^2mathrm{d}V$等价。但实际上$U=dfrac{1}{2}iiint_Vmathbf{D}cdotmathbf{E}mathrm{d}V$和$U=dfrac{varepsilon_0}{2}iiint_Vmathrm{E}^2mathrm{d}V$都只是正确公式在某些情况下的推论，可通过反例证伪，如空间中有半径为$R$的驻极体球，极化强度矢量为固定的$mathbf P=mathrm P_0hat x$，用$U=dfrac{1}{2}iiint_Vmathbf{D}cdotmathbf{E}mathrm{d}V$计算出的静电能$U = 0$不正确；设全空间均为线性介质$mathbf D=varepsilon_0varepsilon_rmathbf E$，在$(-a,0,0)$和$(a,0,0)$处各放一个大小为$q$的自由电荷，用$U=dfrac{varepsilon_0}{2}iiint_Vmathrm{E}^2mathrm{d}V$计算全空间静电能也会得出错误结果。
