氦單質在極低溫度下由氣態氦轉變為液態氦氣。由于氦原子間的相互作用(范德華力)和原子質量都很小，很難液化，更難凝固。富同位素4He的氣液相變曲線的臨界溫度和臨界壓強分別為5.20K和2.26大氣壓，一個標準大氣壓下的溫度為4.215K.在常壓下，溫度從臨界溫度下降至零度時，氦始終保持為液態，不會凝固，只有在大于25大氣壓時才出現固態。

　　1873年范德瓦爾斯在他的博士論文《論液態與氣態的連續性》中提出了包含氣態和液態的“物態方程”，論證了氣態和液態能以連續性的方式互相轉變，指出所有氣體都存在著臨界溫度，這成為將來所有氣體液化的理論指導。范德瓦爾斯還提出分子不但占有體積而且相互之間有作用力。

　　1880年范德瓦爾斯又提出了“對應態定律”，用這個定律就可用一個方程描寫所有氣體的行為。在范德瓦爾斯對應態定律的指導下，杜瓦(James Dewar)于1898年液化了，卡墨林-翁納斯(Kamerlin-Onnes)于1908年實現了氦氣液化。

　　杜瓦對低溫學的貢獻非常重要，他不但在1898年首先液化了，也是氫液化和固化(對液氫減壓降溫)的開拓者，而且于1892年發明了雙層鍍銀玻璃中間抽真空的低溫容器，成為此類低溫容器的鼻祖，在低溫科學技術領域的卓越貢獻在氦氣液化過程中起到了極其重要的作用。

　　在科學上的所有進展都離不開當時工業技術的支撐。在19世紀末和20世紀初那段時期工業和技術已經為科學的發展和進步奠定了物質和技術的基礎。氧氣和空氣的液化、空氣低溫分離、小型液空裝置等不斷面世，這不僅為氦液化提供了預冷源，更重要的是為氦氣液化提供了相應的實驗設備。

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