Eine Kilowattstunde entspricht exakt 3.600.000 Joule oder 3,6 Megajoule. Diese Zahl leitet sich direkt aus den Definitionen der Einheiten ab: Ein Watt ist ein Joule pro Sekunde, und eine Stunde besteht aus 3.600 Sekunden.
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Das Joule ist die SI-Einheit der Energie, definiert als die Arbeit, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von einem Newton über eine Strecke von einem Meter wirkt. In menschlichen Maßstäben ist es eine kleine Einheit – das Anheben eines Apfels um einen Meter erfordert etwa ein Joule –, weshalb für praktische Energiemengen Präfixe oder gänzlich andere Einheiten verwendet werden. Die Kilowattstunde ist eine solche Einheit: Sie ist keine SI-Einheit, sondern das Produkt aus Leistung und Zeit. Ihre Existenz beruht darauf, dass Strom nach einer Lieferrate über einen bestimmten Zeitraum abgerechnet wird. Ein Gerät, das eine Kilowatt Leistung über eine Stunde aufnimmt, verbraucht eine Kilowattstunde, was die Einheit für jeden, der einen Zähler abliest, intuitiv macht.
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Die Ableitung ist 1.000 W × 3.600 s = 3.600.000 J. Beide Umrechnungsrichtungen sind exakt. Nützliche Anhaltspunkte: Ein Wasserkocher, der drei Minuten lang kocht, verbraucht etwa 0,15 kWh oder 540 kJ. Ein Elektroauto mit einer 60 kWh Batterie speichert 216 Megajoule. Ein Joule pro Sekunde ist ein Watt, daher ergibt jede Leistungsangabe multipliziert mit einer Dauer in Sekunden direkt Joule – dies ist die Berechnung, die die beiden Einheiten in jedem Energieproblem miteinander verbindet.
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Stromabrechnungen erfolgen weltweit in Kilowattstunden, und zunehmend auch Wärme, da Fernwärme und Wärmepumpen in Kilowattstunden gemessen werden. Die Batteriekapazität für Fahrzeuge und Heimspeicher wird in Kilowattstunden angegeben, während Zellspezifikationen in Wattstunden oder Amperestunden erfolgen. Wissenschaftliche und technische Arbeiten verwenden Joule, sodass jede Berechnung, die mit einer Stromrechnung beginnt und in einer physikalischen Gleichung endet, diese Grenze überschreitet. Nationale Energiestatistiken verwenden Terawattstunden oder Petajoule, je nach Herausgeber, und die beiden sind durch denselben skalierten Faktor miteinander verbunden.