氦气在世界上最重要的应用就是使用于低温冷却系统。这是因为氦气可在摄氏零下268.9度才液化成液体，这温度够冷到把任何物质冷却。也正因如此，氦气常拿来做超导装置的辅助工具。
所谓超导，简单地说，就是电流流动时不具抗力。如此一来，一旦电流在整个物质内流动，将会永远不停地流动，且不会有能量的损耗。可以想见，未来总有一天超导会革命性地改变我们的电力系统。问题是超导只出现在非常低温的情况下，一个办法就是使用液态的氦气。
在液态氦的超低温下，各种物质的性质变得非常特别。这使我们得以建立一门全新的学科，叫做低温电子学。几十年以来，科学家发现到一系列的金属（如水银）和合金可用液态氦做为冷却剂，冷却至极低的温度时这些合金就会失去电阻，这称为超导性，有超导性的物体则称为超导体。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。
学者们就利用超导体和在超低温下可被击穿的半导体，做成许多精巧的电子元件用在各种电子设备上。这种元件小至可与人类身体的神经元相比，而且性能非常优越。这样使我们可能制成许多妙不可言的装置，像是：撤去电源仍能永保磁性的强大电磁铁、完全无摩擦的陀螺仪、看得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。
这种超低温技术对于低温物理、原子核物理、理论物理的研究都很有用。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。
氦气自从被发现以来就这样多方面为人们服务着，无怪乎有人形容氦气是个带有劳碌命性格的单身汉气体。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。
