要將氣體轉化為液體，關鍵在于降低其溫度。低于特定溫度，氣體分子間的吸引力足以克服其動能，從而形成液體。自然界中，熱量不會自發地從低溫物體轉移到高溫物體，因此要獲得低于環境溫度的條件，必須借助人工手段。低溫獲得與氣體液化密切相關。18世紀末，荷蘭科學家范·馬魯姆首次通過高壓壓縮法將氨液化。1823年，法拉第在研究氯化物性質時，發現玻璃管冷端出現液滴，經研究確認為液態氯，其液化溫度為-34.6℃。1826年，法拉第將冷端浸入冷卻劑中，陸續液化了多種氣體。這些技術為現代制冷技術奠定了基礎，如冰箱和空調系統主要采用蒸汽壓縮節流制冷，通過氣體或液體壓縮為高壓狀態，放熱后膨脹為低壓狀態，產生制冷效果，可達到-150℃至-80℃的低溫。然而，氧、氮、氫等氣體在隨后幾十年中似乎無法液化，許多科學家認為它們是“永久氣體”。實際上，這些氣體并非無法液化。1877年，氧實現了液化，6年后除氫和氦外的所有“永久氣體”均被液化。1892年，英國人杜瓦發明了低溫恒溫器杜瓦瓶，并于1898年液化氫，溫度達到20.4開爾文，隨后通過移除氫表面蒸氣實現固化，溫度降至12開爾文。至此，只剩下最后一種“永久氣體”氦未被液化。氫的液化為氦的液化提供了條件。低溫獲得通常采用液體蒸發和節流膨脹。要獲得更低溫度，往往需要多級復疊系統，這在理論上可行，但在實踐中面臨諸多技術難題。設計者需考慮各種物理問題及解決這些問題所需的技術裝備，許多儀器需自行制造，甚至電力供應也需自給自足。荷蘭萊頓大學的物理學家昂內斯投入大量精力改進實驗室設備，在1908年通過壓縮氮氣節流預冷氫、氫壓縮節流預冷氦，最終采用壓縮節流法成功液化氦，獲得4.2開爾文的低溫。至此，自然界所有氣體均已被液化。