氦气的性质在温度较高的时候和理想气体的性质近似。在很大的范围内，均可以试用理想气体状态方程来进行描述，为了更精确的描述氦气的性质，可以采用维里方程来对氦气的热力学性质进行计算。
专业人士对氦的热物理性质进行了大量的研究，并针对氦的热物性数据编制了大量的计算机程序。由于旧的温度标准等的不断更新，因此在使用年代较久，的数据时需要注意，图3是较大温度范围内氦元素的相图。从图4中可以看出氦的相图和普通流体的相图有很大的不同。作为比较，图3是氮元素的相图，在其相图上只有简单的气液固三相。
从氦元素的相图可以看出，氦在低温下具有两种不同的液体相；超流氦相（HeII）和常流氦相（HeI）,中间被一条相界面所分割，由于在相图上其形状类似于倒写的希腊字母入，因此称之为入线。超流氦是一种量子流体，常流氦，即通常的液氦，是一种普通的低温流体，其性质和液氦等低温流体的性质类似。
氦 的临界点温度和压力分别为5.195K和0.2275Pa。氦在一个大气压下的沸点为4.2K.由于氦元素具有很小的分子质量和分子间引力，所以其具有很大的零点能，它甚至在0K时仍然保持液体状态，具有在很高的压力下，同时降低温度时，它才转变成固体，从图3可以看出只有压力大于2.5Mpa时，才有可能将其转变为固体状态的氦，并且在氦元素的相图删，不存在固相和气相的相界面，即无升华曲线。值得一提的是，近来对于固态氦的研究取得了突破性的进展。
