Zkapalňování plynů je významné v chladírenské technice, nádoby se zkapalněnými plyny slouží jako zdroje technických plynů (např. dusík, kyslík, amoniak), zkapalňují se plynné produkty tepelného štěpení ropy (methan, etylén, propan aj.) používané jako palivo nebo surovina při výrobě plastických materiálů, kapalný vodík a kyslík jsou palivem raketových motorů apod. Zkapalnění vodíku a helia umožnilo výzkum vlastností látek při teplotách blízkých tzv. absolutní nule.
Pro každý plyn existuje jistá tzv. kritická teplota, která představuje mezní hodnotu teploty, nad níž nelze plyn žádnými postupy zkapalnit. Hodnoty kritické teploty některých plynů jsou uvedeny v MFChT, např. kritická teplota oxidu uhličitého je 31 °C a jeho zkapalnění stlačením a ochlazením se podařilo již v roce 1823 anglickému fyzikovi Michaelu Faradayovi a Humphry Davymu.
Tekutý dusík.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Kritická teplota plynů, z nichž je složen vzduch, je ovšem podstatně nižší a vzduch bez CO2 má kritickou teplotu velmi nízkou (–141 °C). Proto i technologie zkapalňování těchto plynů je podstatně složitější. Používá se např. kaskádní metoda, při níž se teplota postupně snižuje tím, že se ve vakuu vypařuje zkapalněný plyn, čímž se docílí snížení teploty. Při této teplotě se zkapalní plyn, který má nižší kritickou teplotu. Tak byly zkapalněny plyny etylen –103 °C, kyslík –183 °C, dusík –196 °C a vodík –253 °C.
Nejdéle odolávalo zkapalnění helium, které se vyskytuje ve dvou stabilních izotopech 3He a 4He. Nejběžnější izotop helia 4He v roce 1908 zkapalnil holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes pomocí Joule–Thomsonova jevu při teplotě 4,2 K. Důležitou vlastností 4He je přechod do supratekutého stavu při teplotě 2,17 K, kdy ztrácí viskozitu a protéká bez odporu velmi úzkými kanálky o průměru mikrometru. Supratekutost 4He zkoumal a popsal Pjotr Kapica a za tuto práci získal v roce 1978 Nobelovu cenu. 3He má ze všech plynů nejnižší teplotu zkapalnění. Za normálního tlaku zůstává v plynném skupenství až do teploty 3,2 K. Do supratekutého stavu přechází 3He při teplotách nižších než 2,6 mK.
Američan Keason díky nízkému tlaku (přibližně 5 miliontin atmosférického tlaku) dosáhl teploty 0,07 K. V roce 1925 Peter Debye teoreticky předpověděl a Wander Johannes de Haas uskutečnil další postup dosahování nízkých teplot pomocí adiabatické demagnetizace paramagnetických solí. Pomocí tohoto zařízení se jim podařilo získat teplotu 0,0047 K. Debye navrhl použít předchlazenou paramagnetickou sůl. Ta po zmagnetování v magnetickém poli o intenzitě několika stovek A m-1 a následném prudkém odmagnetování přemění uspořádání částic. Na to je ale samozřejmě potřeba vnitří energie, a proto se látka ochladí.
V letech 1933 až 1934 Gorter, Kurti a Simon navrhli použít pro získání velmi nízkých teplot soubor jaderných spinů – tzv. jadernou demagnetizaci. První experimenty s touto metodou se uskutečnily v roce 1956, byla dosažena teplota 2 mK a v roce 1968, kdy byla dosažena teplota dokonce 0,2 mK. V roce 1965 Neganov a Hall realizovali nové zařízení k získání nízkých teplot, tzv. refrigerátor, a získali teploty řádově jednotek milikelvinů a submilikelvinů. Jeho činnost je velmi podobná činnosti chladničky, ale využívá vlastností kvantových kapalin 3He a 4He.
