A folyékony hélium előállításához szükséges hőmérséklet alacsony a héliumatomok közötti gyenge vonzások miatt. Ezek az atomok közötti erők a héliumban eleve gyengék, mert a hélium nemesgáz, de az atomok közötti vonzásokat a kvantummechanika hatásai még tovább csökkentik. Ezek a héliumban azért jelentősek, mert a hélium atomtömege alacsony, körülbelül négy atomtömegegység. A folyékony hélium nullponti energiája kisebb, ha atomjait kevésbé korlátozzák szomszédaik. Ezért a folyékony héliumban az alapállapot energiája csökkenhet az átlagos atomok közötti távolság természetes módon bekövetkező növekedésével. Nagyobb távolságok esetén azonban a héliumban az atomok közötti erők hatása még gyengébb.
A héliumban lévő nagyon gyenge atomok közötti erők miatt az elem légköri nyomáson a cseppfolyósodási ponttól egészen az abszolút nullpontig folyékony marad. A folyékony hélium csak nagyon alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson szilárdul meg. A cseppfolyósodási pontjuk alatti hőmérsékleten mind a hélium-4, mind a hélium-3 szuperfolyékony anyaggá alakul át. (Lásd az alábbi táblázatot.)
A folyékony hélium-4 és a ritka hélium-3 nem teljesen keverhető. A két izotóp keveréke 0,9 kelvin alatt telített gőznyomásuk mellett fázisszétváláson megy keresztül egy normál folyadékká (főleg hélium-3), amely egy sűrűbb, főleg hélium-4-ből álló szuperfolyadékon lebeg. Ez a fázisszétválás azért történik, mert a folyékony hélium össztömege a szétválással csökkentheti termodinamikai entalpiáját.
Extrémen alacsony hőmérsékleten a hélium-4-ben gazdag szuperfolyékony fázis akár 6% hélium-3 oldatot is tartalmazhat. Ez teszi lehetővé a hígító hűtőszekrény kisléptékű alkalmazását, amely néhány millikelvin hőmérsékletet képes elérni.
A szuperfolyékony hélium-4 tulajdonságai lényegesen eltérnek a közönséges folyékony héliumétól.
