La liquéfaction du gaz est obtenue grâce à des cycles de liquéfaction appropriés basés sur les propriétés du gaz, la température de condensation et les exigences d'utilisation. Les cycles typiques comprennent les cycles de liquéfaction à étranglement, les cycles de liquéfaction avec détendeurs, les cycles de réfrigérateur à gaz et les cycles de réfrigération en cascade (c'est-à-dire plusieurs fluides de travail, cycles de pré-refroidissement à plusieurs étages).
Les cycles d'étranglement (cycles de Linde) et les cycles de Claude avec expanseurs sont des cycles de liquéfaction typiques des premiers-développements. En termes de consommation d'énergie unitaire pour la liquéfaction, les cycles avec détendeurs et pré-refroidissement à l'azote liquide ont un rendement plus élevé, les cycles d'étranglement ont un rendement inférieur et les cycles de liquéfaction de l'hydrogène refroidi à l'hélium- se situent au milieu. Les cycles de limitation sont plus couramment utilisés dans les usines à petite échelle-en raison de leur simplicité et de leur fiabilité ; les cycles avec détendeurs ont un rendement élevé et sont largement utilisés dans les usines à grande échelle. Les technologies de réfrigération sèche actuellement courantes basées sur l'hélium, telles que la réfrigération à tube pulsé, la réfrigération Gifford-McMahon (réfrigération GM) et la réfrigération Stirling, peuvent fournir des environnements de pré-refroidissement cryogénique et peuvent être utilisées pour remplacer l'hélium liquide. La liquéfaction de l'hydrogène nécessite de gérer la chaleur de conversion entre l'ortho- et le para-hydrogène et de renforcer l'étanchéité.