气体液化是指将气体转变为液体（凝结）的过程，涉及一系列热力过程，旨在使气态工质冷却到所需的低温，并补偿系统的冷损，以获得液化气体。这一过程通常需要多个压缩和膨胀步骤，有时还会使用涡轮膨胀机。

气体液化循环与制冷循环不同，后者的目的是制取冷量，工质进行封闭热力学循环。而在液化循环中，气态低温工质既起制冷剂的作用，本身又被液化，部分或全部地作为液态产品从低温装置中输出。这些液态产品可用于需要保持低温的过程，如低温试验中的冷却剂，或用于气体分离过程，如液态空气分离为氧、氮等。气体液化循环是一个开式循环。

液化过程在科学、工业和商业应用中都有广泛的用途。例如，液化石油气的储存、制冷和空气调节系统中的应用。气体在冷凝管中液化时会释放汽化热，然后在蒸发器中蒸发，吸收汽化热。氨是最早使用的制冷剂，尽管在住宅和商业应用中已被其他制冷剂所取代，但在工业冷冻中仍然常用。

在医疗领域，液态氧用于为有呼吸问题的病患提供氧气，液氮用于低温手术，如精液冷冻。氯气用于水处理，包括水的净化、工业废料处理、污水和泳池的净化，以及纸浆和纺织品的漂白等。此外，液氯还用于制造四氯化碳、二元醇和其他有机化合物。

氦的液化是通过林德－汉普逊循环进行预冷的过程，这一发现使得海克·昂内斯获得了1913年的诺贝尔奖。液氦在一般大气压力下的沸点是4.22 K（−268.93 °C），当温度低于2.17 K时，液态的4He会变成超流体，拥有零黏度和其他特殊性质。

空气的液化可以通过林德集团过程或克洛德过程实现。林德过程中，空气经过反复的压缩、冷却和膨胀，每次膨胀后温度都会降低，最终液化成液态空气。克洛德过程则涉及在两个腔室中进行二次等膨胀，空气在膨胀过程中对外作功，带动膨胀涡轮。商用空气液化装置通常在超临界压力下压缩空气，以避免液态空气破坏涡轮。最后，空气在热膨胀阀中进行等膨胀并液化。通过这些过程，可以从空气中分离出氮、氧、以及其他稀有气体。