能源是经济发展的基础性资源，而能源安全问题和因能源过度消耗导致的环境污染问题逐渐成为制约我国经济社会发展的重要因素，以提高能源效率为目的的节能减排政策已成为解决能源问题的重要手段。近年来，通过优化生产中资本、劳动、能源等要素的配置，增加资本与劳动投入替代能源投入，逐渐成为提高能源效率的重要手段。本文采用超越对数成本函数和DEA—malquist生产率指数，测算了36个工业行业1997—2010年能源外部替代弹性和全要素能源效率。发现工业各行业劳动与能源呈稳定的替代关系，劳动密集型行业替代弹性大于资本和能源密集型行业；资本与能源替代关系不稳定，替代弹性呈下降趋势，部分行业呈互补关系，资本、能源密集型行业替代弹性大于劳动密集型行业；工业行业全要素能源效率不断改善，资本、能源密集型行业效率高于劳动密集型行业，技术进步对工业全要素能源效率提升推动作用最大，其次是纯技术效率，规模效率的贡献最小。在此基础上，采用面板VAR模型分析了能源替代弹性对全要素能源效率的影响，发现资本—能源替代对全要素能源效率具有显著正向影响，而劳动—能源替代对全要素能源效率具有负向影响。当前，应加强技术研发，加快要素市场开放，发展劳动密集型产业，推动工业行业能源外部替代，以此来提高全要素能源效率。