Der größte Energiebedarf bei DESY liegt in der elektrischen Energie. Dieser hängt vom Beschleunigerbetrieb ab. Die größten aktuell laufenden Beschleuniger sind LINAC, DESY II, FLASH und PETRA III. In den letzten Jahren lag der Verbrauch von elektrischer Energie durchschnittlich bei ca. 150 Gigawatt-Stunden (GWh). Wird der Verbrauch von XFEL hinzugezogen, sind es ca. 210 GWh.

DESY betreibt außerdem ein organisatorisches Lastmanagement. Dadurch können große Leistungsspitzen in den Stromverbräuchen geglättet werden.

Die auf dem DESY-Gelände benötigte Wärme für Heizzwecke und Klimatisierung wird u.a. durch Fernwärme bereitgestellt. Dafür gibt es bei DESY ein eigenes Nahwärmenetz, welches den Campus verbindet. In dieses Netz wird von dem hamburgischen Fernwärmenetz Wärme eingespeist. Zu der Fernwärme kommt die Wärmerückgewinnung aus der Kryogenikanlage, d.h. der Tieftemperaturkälteanlage hinzu. Der Anteil der Abwärme aus der Wärmerückgewinnung am Gesamtbedarf beträgt bisher etwa 50%. Eine kurze Beschreibung dazu befindet sich unter Energieeffizienzprojekte.

Parallel zum Nahwärmenetz existiert bei DESY ein Kältenetz. Dies ermöglicht es, die verschiedenen Verbraucher (Rechenzentrum, Beschleuniger, Laborgebäude etc.) von insgesamt drei Kältezentralen mit Kaltwasser zu versorgen. Dies hat den Vorteil, dass nicht jeder Verbraucher mit Kältemaschinen ausgestattet werden muss und große Anlagen deutlich effizienter betrieben können. Die drei Kältezentralen sind über das Kältenetz miteinander verbunden, daher wird auch vom Kältering gesprochen. Der Kältering ist seit Anfang 2016 komplett in Betrieb.

Um den Energieverbrauch zu verringern, kann in kalten Jahreszeiten auf freie Kühlung zurückgegriffen werden. Dies wird bereits bei dem Beschleuniger FLASH II umgesetzt. Dort wird für die auf 20°C-Kühlkreisläufe des Beschleunigers unterhalb einer Außentemperatur von 15°C auf freie Kühlung umgeschaltet. Dabei wird das Kühlwasser über Kühltürme mit Hilfe der Umgebungsluft sowie Ventilatoren heruntergekühlt. Im Vergleich zum Kältemaschinenbetrieb, der das Wasser sonst kühlt, wird hierbei nur wenig elektrische Energie verbraucht.

Wasser wird bei DESY für verschiedene Zwecke genutzt. Zum einen, um sanitäre Einrichtungen oder Küchen zu betreiben, zum anderen aber auch um die Beschleuniger zu kühlen. Der Teil des Wassers, den DESY als Trinkwasser benötigt, wird vom Versorger bezogen. Den Großteil des zur Beschleunigerkühlung benötigten Wassers gewinnt DESY über fünf Brunnen auf dem DESY Gelände. Das Brunnenwasser wird in der eigenen Wasseraufbereitungsanlage entionisiert und als VE-Wasser (Voll-entsalztes Wasser) genutzt. So wurden 2022 bei DESY 15% des Wasserbedarfs vom Versorger bezogen und 85% aus den eigenen Brunnen gewonnen.