液体ヘリウム
ヘリウム原子間の引力が弱いため、液体ヘリウムを作るために必要な温度は低い。ヘリウムは単原子分子であり、希ガスであるためもともと分子間力が弱いが、量子力学的効果により、分子間力はさらに小さくなっている。これらの効果は、ヘリウムの原子量が4と小さいため非常に大きくなっている。液体ヘリウムの零点エネルギーは、隣の原子の関与が小さいほど小さくなる。そのため、液体ヘリウムの基底状態エネルギーは、自然発生的な原子間の平均距離の増大によって減少している。しかし、より大きな原子間距離においては、分子間力の効果はさらに弱まっている。
ヘリウムの分子間力は非常に弱いため、この元素は、大気圧下では、液化温度から絶対零度までずっと液体のままである。液体ヘリウムを固化させるためには、極低温と超高圧が必要である。液化温度より十分に低い温度では、ヘリウム4もヘリウム3も超流動の状態に転移する。
液体のヘリウム4とヘリウム3は、飽和蒸気圧下、0.9 K以下の温度では完全には混ざり合わない。この温度以下では、2つの同位体の混合物は相分離の状態にあり、主にヘリウム4で構成される密度の高い超流動相(ヘリウム3が約6%溶け込んでいる)の上に、主にヘリウム3で構成される通常の流体が浮かんだ状態になる。この相分離は、相分離することによって、液体ヘリウム全体の体積が熱力学的エンタルピーを減少させることになるために起こる。
非常に低い温度では、ヘリウム4が主体の超流動相は最大6%のヘリウム3を含むことができる。この(ヘリウム3がヘリウム4で希釈された)状態は、数ミリケルビンの温度を作ることが可能なHe-He希釈冷凍法を小スケールの装置で利用可能にしている。