氦氣的性質在溫度較高的時候和理想氣體的性質近似。在很大的范圍內，均可以試用理想氣體狀態方程來進行描述，為了更精確的描述氦氣的性質，可以采用維里方程來對氦氣的熱力學性質進行計算。
  專業人士對氦的熱物理性質進行了大量的研究，并針對氦的熱物性數據編制了大量的計算機程序。由于舊的溫度標準等的不斷更新，因此在使用年代較久，的數據時需要注意，圖3是較大溫度范圍內氦元素的相圖。從圖4中可以看出氦的相圖和普通流體的相圖有很大的不同。作為比較，圖3是氮元素的相圖，在其相圖上只有簡單的氣液固三相。
 







從氦元素的相圖可以看出，氦在低溫下具有兩種不同的液體相；超流氦相（HeII）和常流氦相（HeI）,中間被一條相界面所分割，由于在相圖上其形狀類似于倒寫的希臘字母入，因此稱之為入線。超流氦是一種量子流體，常流氦，即通常的液氦，是一種普通的低溫流體，其性質和液氦等低溫流體的性質類似。
氦 的臨界點溫度和壓力分別為5.195K和0.2275Pa。氦在一個大氣壓下的沸點為4.2K.由于氦元素具有很小的分子質量和分子間引力，所以其具有很大的零點能，它甚至在0K時仍然保持液體狀態，具有在很高的壓力下，同時降低溫度時，它才轉變成固體，從圖3可以看出只有壓力大于2.5Mpa時，才有可能將其轉變為固體狀態的氦，并且在氦元素的相圖刪，不存在固相和氣相的相界面，即無升華曲線。值得一提的是，近來對于固態氦的研究取得了突破性的進展。
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