在全球范圍內，氦氣最重要的應用是用于低溫冷卻系統。這是因為氦氣只有在零下攝氏268.9度以下才能變成液體，而這個溫度足夠來冷卻任何物質。正因為這個原因，氦氣經常被用作超導裝置的輔助工具。超導是指電流在流動過程中沒有任何阻力。簡單來說，就是電流能夠自由流動而不受到阻礙。如果電流在物質內流動，那么將永遠保持持續流動，并且不會發生能量損耗。可以預見，未來必將是超導技術對我們的電力系統產生革命性的改變。超導現象只能在極低溫的條件下發生，一種解決方法是利用液態氦氣。

在極低的溫度下，液態氦使各種物質表現出獨特的性質。這使我們得以建立一門全新的學科，叫做低溫電子學。在過去幾十年中，科學家們發現了一系列金屬（如水銀）和合金，它們可以使用液態氦作為冷卻劑。當這些合金被冷卻到極低溫度時，它們會表現出電阻的消失現象，被稱為超導性。被稱為超導體的是擁有超導特性的物質。還發現，某些半導體（如鍺）用液態氦冷卻至極低的溫度，雖不會變成超導體，但若同時給它加上一定大小的電壓，電流也可以幾乎無阻地通過，即形成所謂的擊穿。

學術界利用超導體和在極低溫下可被擊穿的半導體，制造了許多復雜的電子元件，廣泛應用于各種電子設備。這種元件的尺寸非常小，可以與人類身體的神經元相美，并且具有非常出色的性能。通過這樣的方法，我們可以制造出許多令人難以言喻的裝置，比如：即使斷電也能保持磁性的強大電磁鐵、完全沒有摩擦的陀螺儀、可以看見原子的電子顯微鏡等。但冷卻到攝氏零下268度，氦氣也可以變成氦水——又稱液態氦；繼續冷卻到零下272.2度，還可以使氦氣變成氦冰——又稱固態氦。利用液態氦可得到接近絕對零度（即攝氏零下273.16度）的超低溫。

超低溫技術對低溫物理、原子核物理和理論物理研究都具有重要的應用價值。例如世界上很多用于研究物質結構的大型粒子加速器，都采用液態氦冷卻其超導磁鐵；天文學家也利用液態氦來冷卻許多探測儀器，以避免熱噪聲的干擾，進而更容易、更準確地接收來自遙遠星系的訊息。自從氦氣被發現以來，它在許多方面為人們提供服務，所以有人形容氦氣是一種勤勞的單身漢。雖是如此，今后氦氣肯定會為未來人類世界做出更大的貢獻。