气体液化是指将气体转变为液体（凝结）的过程。气体液化是复杂的程序，为了达到高压以及非常低的温度，需要许多的压缩和膨胀过程，其中也可能会用到涡轮膨胀机（英语：turboexpander）。
液化过程可以用在科学、工业或是商业的应用上。许多气体在一般气压下冷却就可以成为液体，有些气体（例如二氧化碳）需要在冷却时再加压。气体液化会用在分析气体分子的基本特性（分子间作用力），或是将气体液化后储存（例如液化石油气），或是用在制冷和空气调节（暖通空调，HVAC）。气体会在冷凝管中液化，释放汽化热，之后再蒸发器中蒸发，再吸收汽化热。氨是最早使用的制冷剂，仍常常用在工业冷冻中，不过在住家和商业应用上，已被由石油和卤素制成的冷媒（例如氟氯碳化合物）所取代。
在医院中，液氧是用来提供给有呼吸问题的病患，液氮会用在需要低温手术（英语：cryosurgery）的场合，例如在授精器中冷冻精液，科学家和实验室也会用液氮来保存样本。液氯会用在水处理的最后方案，也用在水的净化、工业废料、污水和泳池的净化，纸浆和纺织品的漂白、制造四氯化碳、二元醇以及其他的有机化合物（例如光气）。
氦的液化（4He）是用林德－汉普逊循环进行预冷，这使得海克·卡末林·昂内斯在1913年获得诺贝尔奖。一般大气压力下，液氦的沸点是4.22 K（−268.93 °C）。若低于2.17 K，液态的4He会变成超流体（超流体氦-4（英语：Superfluid helium-4），彼得·列昂尼多维奇·卡皮察在1978年因此获得诺贝尔奖），而且有特殊的特性，例如透过第二类声（英语：second sound）进行热传、零黏度、喷泉效应等。
空气的液化也可以得到氮、氧、氩以及其他大气中的稀有气体，方式是透过空气分离装置进行分馏。
空气可以透过林德－汉普逊循环液化，在循环中会反复将空气压缩、冷却再膨胀，每一次膨胀后的空气温度都会下降。在温度较低时分子的活动较慢，所占的体积也比较小，因此最后会液化成液态空气。
也可以透过克洛德（英语：Georges Claude）过程来液化空气，其中会将空气在二个腔室中进行二次等熵膨胀。在膨胀过程中，空气会对外作功，因此带动膨胀涡轮（英语：expansion turbine）。此时的空气还不是液态，因为液态的空气会破坏涡轮。商用的空气液化装置会直接在超临界压力下压缩空气，以避免液态空气破坏涡轮的问题。最后空气会在热膨胀阀（英语：thermal expansion valve）中进行等焓膨胀，并且液化。
