要将气体转化为液体，关键在于降低其温度。低于特定温度，气体分子间的吸引力足以克服其动能，从而形成液体。自然界中，热量不会自发地从低温物体转移到高温物体，因此要获得低于环境温度的条件，必须借助人工手段。
低温获得与气体液化密切相关。18世纪末，荷兰科学家范·马鲁姆首次通过高压压缩法将氨液化。1823年，法拉第在研究氯化物性质时，发现玻璃管冷端出现液滴，经研究确认为液态氯，其液化温度为-34.6℃。1826年，法拉第将冷端浸入冷却剂中，陆续液化了多种气体。这些技术为现代制冷技术奠定了基础，如冰箱和空调系统主要采用蒸汽压缩节流制冷，通过气体或液体压缩为高压状态，放热后膨胀为低压状态，产生制冷效果，可达到-150℃至-80℃的低温。
然而，氧、氮、氢等气体在随后几十年中似乎无法液化，许多科学家认为它们是“永久气体”。实际上，这些气体并非无法液化。1877年，氧实现了液化，6年后除氢和氦外的所有“永久气体”均被液化。12年，英国人杜瓦发明了低温恒温器杜瓦瓶，并于18年液化氢，温度达到20.4开尔文，随后通过移除氢表面蒸气实现固化，温度降至12开尔文。至此，只剩下最后一种“永久气体”氦未被液化。
氢的液化为氦的液化提供了条件。低温获得通常采用液体蒸发和节流膨胀。要获得更低温度，往往需要多级复叠系统，这在理论上可行，但在实践中面临诸多技术难题。设计者需考虑各种物理问题及解决这些问题所需的技术装备，许多仪器需自行制造，甚至电力供应也需自给自足。荷兰莱顿大学的物理学家昂内斯投入大量精力改进实验室设备，在1908年通过压缩氮气节流预冷氢、氢压缩节流预冷氦，最终采用压缩节流法成功液化氦，获得4.2开尔文的低温。至此，自然界所有气体均已被液化。
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