在全球范围内，氦气最重要的应用是用于低温冷却系统。这是因为氦气只有在零下摄氏268.9度以下才能变成液体，而这个温度足够来冷却任何物质。正因为这个原因，氦气经常被用作超导装置的辅助工具。超导是指电流在流动过程中没有任何阻力。简单来说，就是电流能够自由流动而不受到阻碍。如果电流在物质内流动，那么将永远保持持续流动，并且不会发生能量损耗。可以预见，未来必将是超导技术对我们的电力系统产生革命性的改变。超导现象只能在极低温的条件下发生，一种解决方法是利用液态氦气。

在极低的温度下，液态氦使各种物质表现出独特的性质。这使我们得以建立一门全新的学科，叫做低温电子学。在过去几十年中，科学家们发现了一系列金属（如水银）和合金，它们可以使用液态氦作为冷却剂。当这些合金被冷却到极低温度时，它们会表现出电阻的消失现象，被称为超导性。被称为超导体的是拥有超导特性的物质。还发现，某些半导体（如锗）用液态氦冷却至极低的温度，虽不会变成超导体，但若同时给它加上一定大小的电压，电流也可以几乎无阻地通过，即形成所谓的击穿。

学术界利用超导体和在极低温下可被击穿的半导体，制造了许多复杂的电子元件，广泛应用于各种电子设备。这种元件的尺寸非常小，可以与人类身体的神经元相美，并且具有非常出色的性能。通过这样的方法，我们可以制造出许多令人难以言喻的装置，比如：即使断电也能保持磁性的强大电磁铁、完全没有摩擦的陀螺仪、可以看见原子的电子显微镜等。但冷却到摄氏零下268度，氦气也可以变成氦水——又称液态氦；继续冷却到零下272.2度，还可以使氦气变成氦冰——又称固态氦。利用液态氦可得到接近绝对零度（即摄氏零下273.16度）的超低温。

超低温技术对低温物理、原子核物理和理论物理研究都具有重要的应用价值。例如世界上很多用于研究物质结构的大型粒子加速器，都采用液态氦冷却其超导磁铁；天文学家也利用液态氦来冷却许多探测仪器，以避免热噪声的干扰，进而更容易、更准确地接收来自遥远星系的讯息。自从氦气被发现以来，它在许多方面为人们提供服务，所以有人形容氦气是一种勤劳的单身汉。虽是如此，今后氦气肯定会为未来人类世界做出更大的贡献。