بالإضافة إلى الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين، يحتوي الهواء على كميات ضئيلة من الغازات النادرة مثل النيون والهيليوم والكريبتون والزينون. من حيث الحجم، يمثل النيون حوالي 15×10⁻⁶ إلى 18×10⁻⁶، والهيليوم يمثل 4.6×10⁻⁶ إلى 5.3×10⁻⁶، والكريبتون فقط 1.08×10⁻⁶، والزينون يمثل 0.08×10⁻⁶. يُعرف الزينون عمومًا باسم "الغاز الذهبي". ونظرًا لتركيزاتها المنخفضة للغاية وتعقيد عملية الاستخراج، يتم أخذ وحدات الاسترداد في الاعتبار فقط لمحطات الأكسجين التي تزيد سعتها عن 10000 متر مكعب/ساعة.
النيون والهيليوم لديهم درجات حرارة تميع منخفضة للغاية. عند الضغط الجوي، تبلغ درجة حرارة تسييل النيون 27.26 كلفن، وتسيل الهيليوم 4.21 كلفن. والنيون خامل للغاية، مما يجعل النيون السائل مبردًا آمنًا جدًا للمختبرات المبردة. عند درجات حرارة الهيليوم السائل، تفقد الموصلات مقاومتها الكهربائية، مما يسمح للتيار بالمرور دون فقدان، مما يؤدي إلى "الموصلية الفائقة"، والتي يمكن استخدامها لبناء محركات فائقة التوصيل. لذلك، مع تقدم تكنولوجيا درجات الحرارة المنخفضة جدًا-، سيلعب الهيليوم السائل دورًا متزايد الأهمية.
الهيليوم خامل للغاية. يتم استخدامه كغاز وقائي في صهر المعادن النادرة الخاصة مثل التيتانيوم والزركونيوم، وكذلك أشباه الموصلات مثل السيليكون والجرمانيوم. الهيليوم مطلوب أيضًا كغاز حماية للحام وقطع السبائك عالية الجودة- ذات نقاط انصهار عالية وسمك كبير.
يتمتع الهيليوم بانتشارية قوية ونفاذية عالية بشكل خاص. ولذلك، بالنسبة لأوعية الضغط وأنظمة التفريغ ذات المتطلبات الصارمة للغاية، فإن الهيليوم هو أفضل مؤشر للكشف عن التسرب. بالإضافة إلى ذلك، يعد الهيليوم مادة التبريد المثالية للثلاجات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا-. يمكن لسائل الهيليوم وثلاجات الهيليوم أن تصل إلى درجات حرارة تقترب من الصفر المطلق. يمكن للمضخات التي تعمل بالهيليوم السائل أن تحقق فراغًا عاليًا يبلغ 133.32×10⁻⁹Pa المطلوب في صناعة الإلكترونيات، وفراغًا عاليًا للغاية يبلغ 133.32×10⁻¹⁰ إلى 133.32×10⁻¹² Pa اللازم لأبحاث الفضاء.
في الفيزياء الذرية، يتم استخدام نواة الهيليوم كجسيم ألفا. في الصناعة الذرية، يستخدم الهيليوم على نطاق واسع كغاز وقائي. في المفاعلات النووية، لا يعمل الهيليوم كغاز وقائي فحسب، بل يعمل أيضًا كمبرد. نظرًا لأن الهيليوم خامل كيميائيًا-ولا يسبب تآكل معدات الاحتراق، فإنه يمكن أن يزيد من درجة حرارة المفاعل وكفاءته. علاوة على ذلك، يتمتع الهيليوم نفسه بموصلية حرارية عالية، مما يوفر أداء تبريد ممتاز.
في الطب، يمكن لخليط 1:4 من الأكسجين والهيليوم أن يخترق الرئتين بسرعة، مما يسرع تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. ويمكن استخدامه لعلاج أمراض الربو والقصبة الهوائية والحنجرة، وكذلك مرض تخفيف الضغط.
في عمليات الغوص، إذا تم استخدام الهواء العادي، فإن النيتروجين المذاب في الدم يمكن أن يسبب التخدير على أعماق أقل من 50 مترًا، مما يشكل خطرًا يهدد حياة الغواصين-. ولذلك فإن الغواصين الذين يعملون على أعماق كبيرة لا يمكنهم استخدام الأكسجين النقي؛ وبدلاً من ذلك، يتم استخدام خليط الهيليوم-الأكسجين ليحل محل الهواء للتنفس، مما يضمن عمليات آمنة على أعماق تصل إلى 200 متر. ونتيجة لذلك، فإن استهلاك الهليوم كبير.
وبما أن الهيليوم أكثر أمانا من الهيدروجين، فيمكن استخدامه ليحل محل الهيدروجين لملء المناطيد وبالونات الطقس. يمكن أيضًا استخدام الهيليوم كغاز حامل في اللوني.
مع تطور تكنولوجيا الفضاء، وتكنولوجيا الليزر، وتكنولوجيا الكشف عن الأشعة تحت الحمراء، أصبح لدى الهيليوم مجموعة واسعة من التطبيقات.
يصدر النيون توهجًا أحمر عند ملئه بالمصابيح الكهربائية، وقد استخدم منذ فترة طويلة لملء أجهزة إشارة النيون وأنابيب التفريغ المختلفة. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا الليزر والكشف عن الأشعة تحت الحمراء.
تبلغ الحرارة الكامنة لتبخير النيون 40 مرة أكبر من حرارة الهيليوم، مما يجعله مناسبًا كمبرد لدرجات الحرارة المنخفضة جدًا-، مع درجة حرارة أدنى تبلغ -245.9 درجة . يمكن أيضًا استخدام النيون والهيليوم لقياس الكثافة الحقيقية ومساحة سطح المواد المسامية.
يستخدم الكريبتون والزينون بشكل رئيسي في مصادر الضوء الكهربائية. تتميز المصابيح المملوءة بخليط الكريبتون والزينون والأرجون بأنها مدمجة، وطويلة-تدوم طويلاً، وعالية الكفاءة-بشكل عام أكثر كفاءة من 4 إلى 5 مرات من المصابيح المتوهجة، مع زيادة العمر الافتراضي بمقدار 2 إلى 3 مرات. تستخدم مصابيح الفلاش والستروبسكوبات أيضًا الكريبتون والزينون. نظرًا لأن شدة تفريغ مصابيح الزينون تتجاوز شدة ضوء الشمس، فإن مصابيح الزينون-القوسية الطويلة المملوءة بالزينون، والمعروفة عمومًا باسم "الشموس الصغيرة"، تتمتع بقدرة قوية للغاية على اختراق الضباب. ويمكن استخدامها للإضاءة في المطارات، ومحطات السكك الحديدية، والأرصفة، وغيرها من المواقع، وكذلك في ساحات القتال.
بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الزينون بوزن جزيئي كبير نسبيًا وخصائص مخدرة قوية، مما يجعله مخدرًا مثاليًا في الطب. يتمتع الزينون أيضًا بخاصية كونه غير منفذ للأشعة السينية-، ويستخدم كعامل تباين للتصوير الدماغي بالأشعة السينية-، بالإضافة إلى الحماية من الأشعة السينية-.
