毒气室是纳粹进行大规模屠杀的工具，始于1939年12月，其中奥斯威辛则成为最大的屠杀中心。纳粹时期被毒气室毒杀的人群多达100多万，至今也存在着毒气室，是用于一些科研研究。
纳粹将毒气作为大规模屠杀的工具始于1939年12月，当时
党卫军的一支特遣队用
一氧化碳毒死了
波兰的精神病人。一个月后，
安乐死计划的头目决定利用一氧化碳杀死由他管制的人，如残疾人、慢性病患者、老年人等等。到1941年8月，约70,000德国人在五个配有固定毒气室或流动毒气车的安乐死中心遇害。
1941年夏，德国人开始有计划地大规模谋杀犹太人。几个月后，他们发现先前使用的枪杀这种大规模屠杀方式既不快，效率又不够高，无法满足需要。因此，他们汲取了在安乐死计划中获得的经验，启用毒气室消灭
欧洲犹太人。
1941年11月，
党卫军开始在
海乌姆诺灭绝营大规模使用毒气车。他们通过专用管道把废气排入密封的车内，一次将40至60位受害者塞入车中，这些人几分钟后就会窒息而死。然而，这种方法如果用来杀纳粹想要杀死的几百万犹太人，显然不够用。因此，在1942年，作为赖因哈德行动（清除普通政府中的犹太人的一个计划）的一部分，他们建造了三座配有大型固定毒气室的灭绝营。
贝乌热茨灭绝营于3月开始运行，配有三间毒气室，位于一座木板房中；索比堡灭绝营的屠杀始于5月，其毒气室设在一座砖制建筑中；
特雷布林卡灭绝营灭绝营建于7月，有三间可以密封的毒气室。这三座灭绝营里每座都有成千上万的犹太人被柴油机排出的废气毒死。在1942年夏秋，纳粹扩建了已有的毒气室，又新建了一些。
抵达贝乌热茨、索比堡和特雷布林卡后，个别受害者会被选入特遣队，还有少数有各种技能的人被选中，到修理店劳动，为灭绝营的工作人员服务。其余的受害者进入流水作业：他们的财物和衣服被剥夺、头发被剪掉；然后被推进毒气室，双手高举，这样可以尽可能多地塞人进去；婴儿和儿童则被扔到人群头顶上。受害者遭毒杀后，特遣队成员将尸体从毒气室搬出和掩埋。
纳粹不断寻求效率更高的大规模屠杀手段。在对
苏联战俘进行一些实验后，纳粹找到一种叫齐克隆B的商业用途的杀虫剂，可以有效达到目标。齐克隆 B是一种化氢，在奥斯威辛灭绝中心投入使用。奥斯威辛存在了4年，其间有100多万人被毒死。但纳粹对灭绝速度仍不满意。1942年夏，纳粹出台计划，打算建造新一代效率更高的毒气室和处理尸体的焚尸炉。这个工程在托普夫和泽内（JA Topf und Soehne）公司的指导下于1943年春完成，奥斯威辛遂成为纳粹主要的屠杀中心。
其它一些纳粹营地也有毒气室，但没有定期用来进行大规模灭绝。毛特豪森、
诺因加默集中营、萨克森豪森、斯图霍夫和拉文斯布吕克也有毒气室。这些毒气室都用齐
克隆 B杀人。