簡介
稀有氣體都是無色、無臭、無味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增大。稀有氣體的分子都是由單原子組成，它們的熔點和沸點都很低，随着原子量的增加，熔點和沸點增大。它們在低溫時都可以液化。由于稀有氣體除氦的最外層電子是2個電子外，其他稀有氣體最外層都是8個電子，其原子結構穩定，不易得到或者失去電子，不易發生化學反應。
所以化學性質很不活潑，不僅很難與其他元素化合，而且自身也是以單原子分子的形式存在，原子之間僅存在着微弱的範德華力（分子間作用力，又稱範德瓦爾斯力）。直到1962年，英國化學家巴利特才利用強氧化劑PtF6與氙作用，制得了第一種惰性氣體的化合物Xe（PtF6），以後又陸續合成了其他惰性氣體化合物，這證明了“惰性氣體”也可以在一定條件下和其他物質發生反應，而非以前認為的完全“惰性”，因此将它的名稱改為“稀有氣體”。
發現史
1868年，天文學家在太陽的光譜中發現一條特殊的黃色譜線D3，這和早已知道的鈉元素的D1和D2兩條黃色譜線不同，由此預言在太陽中可能有一種未知元素存在。後來将這種元素命名為“氦”，意為“太陽元素”。
20多年後，拉姆塞證實了地球上也存在氦元素。1895年，美國地質學家希爾布蘭德觀察到钇鈾礦放在硫酸中加熱會産生一種不能自燃、也不能助燃的氣體。他認為這種氣體可能是氮氣或氩氣，但沒有繼續研究。拉姆塞知道這一實驗後，用钇鈾礦重複了這一實驗，得到少量氣體。在用光譜分析法檢驗該氣體時，原以為能看到氩的譜線，卻意外地發現一條黃線和幾條微弱的其他顔色的亮線。
拉姆塞把它與已知的譜線對照，沒有一種同它相似。經過苦苦思索，終于想起27年前發現的太陽上的氦。氦的光譜正是黃線，如果這兩條黃線能夠重合，那麼钇鈾礦中放出的氣體應是太陽元素氦了。拉姆塞十分謹慎，請當時英國最著名的光譜專家克魯克斯幫助檢驗，證實拉姆塞所得的未知氣體即為“太陽元素”氣體。
1895年3月，拉姆塞在《化學新聞》上首先發表了在地球上發現氦的簡報，同年在英國化學年會上正式宣布這一發現。後來，人們在大氣中、水中、天然氣中、石油氣中以及鈾和外的礦石中，甚至在隕石中也發現了氦。1902年，德米特裡·門捷列夫接受了氦和氩元素的發現，并這些稀有氣體納入他的元素排列之内，分類為第0族，而元素周期表即從該排列演變而來
。
拉姆塞繼續使用分餾法把液态空氣分離成不同的成分以尋找其他的稀有氣體。他于1898年發現了三種新元素：氪、氖和氙。“氪”源自希臘語“κρυπτ(kruptós)”，意為“隐藏”；“氖”源自希臘語“νο(néos)”，意為“新”；“氙”源自希臘語“ξνο(xénos)”，意為“陌生人”。氡氣于1898年由弗裡德裡希·厄恩斯特·當發現，最初取名為鐳放射物，但當時并未列為稀有氣體
。直到1904年才發現它的特性與其他稀有氣體相似。1904年，瑞利和拉姆塞分别獲得諾貝爾物理學獎和化學獎，以表彰他們在稀有氣體領域的發現
。瑞典皇家科學院主席西德布洛姆緻詞說：“即使前人未能确認該族中任何一個元素，卻依然能發現一個新的元素族，這是在化學曆史上獨一無二的，對科學發展有本質上的特殊意義。
”
稀有氣體的發現有助于對原子結構一般理解的發展。在1895年，法國化學家亨利·莫瓦桑嘗試進行氟（電負性最高的元素）與氩（稀有氣體）之間的反應，但沒有成功。直到20世紀末，科學家仍無法制備出氩的化合物，但這些嘗試有助于發展新的原子結構理論。由這些實驗結果，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾在1913年提出，在原子中的電子以電子層形式圍繞原子核排列，除了氦氣以外的所有稀有氣體元素的最外層的電子層總是包含8個電子。
1916年，吉爾伯特·牛頓·路易斯制定了八隅體規則，指出最外電子層上有8個電子是任何原子最穩定的排布；此電子排布使它們不會與其他元素發生反應，因為它們不需要更多的電子以填滿其最外層電子層。
但到了1962年，尼爾·巴特利特發現了首個稀有氣體化合物六氟合鉑酸氙。其他稀有氣體化合物随後陸續被發現：在1962年發現了氡的化合物二氟化氡；并于1963年發現氪的化合物二氟化氪。2000年，第一種穩定的氩化合物氟氩化氫（HArF）在40K（-233.2℃）下成功制備。
1998年12月，俄羅斯杜布納的聯合核研究所的科學家以鈣原子轟擊钚來産生114号元素的單一原子，後來被命名為Fl。初步化學實驗已顯示該元素可能是第一種超重元素，盡管它位于元素周期表的第14族，卻有着的稀有氣體特性。2006年10月，聯合核研究所與美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室的科學家成功地以鈣原子轟擊锎的方法，人工合成了Uuo，它是18族的第七個元素
。
2013年12月12日，兩個研究超新星爆炸殘骸的國際科研小組分别在美國《科學》雜志上報告說，他們在宇宙中首次發現了惰性氣體分子，并在恒星爆炸的中心首次觀測到生命的六大基本元素之一——磷的形成。
英國倫敦大學學院教授邁克·巴洛與同事利用歐洲航天局的赫舍爾太空望遠鏡，在遠紅外波段觀測距地球6500光年的蟹狀星雲，結果發現了氩氫分子。他們所觀測到的是氩的同位素氩36，來自蟹狀星雲中心的中子星的能量令其發生電離，然後與氫形成氩氫分子。這一發現也同時支持氩36同位素起源于超新星中心的理論。
在另一項研究中，韓國與美國研究人員發現銀河系内已知最年輕的超新星殘骸仙後座A中存在大量的磷。他們利用美國加州帕洛馬山天文台5米口徑的黑爾望遠鏡進行的觀測表明，仙後座A中磷與鐵56同位素的比率比銀河系其他地方高出100倍，這說明磷也是在超新星中産生的。
在2013年以前，科學家已觀測到生命的另五大基本元素碳、氫、氧、氮與硫在宇宙中的起源。
大約氮氣發現的百年之後，英國化學家瑞利（Rayleigh,J.W.S.1842-1919），一方面從空氣中除掉氧氣、二氧化碳、水蒸氣得到氮氣；另一方面從氮化物分解制得氮氣。他把這兩種來源不同的氮氣進行比較，發現在正常狀态下前者的密度是1.2572克/升，後者的密度是1.2508克/升，為什麼空氣中的氮氣密度要大些呢？是不是其中還有較重的不活潑氣體？
英國化學家萊姆大塞（Ramsay,W.1852-1916）用燃燒的鎂與空氣中的氮氣作用，以除去空氣中的氮，結果剩下少量的稀有氣體。經光譜檢驗，證明是一種新的氣體元素叫做氩。後幾年他用分級蒸餾法，從粗制的氩中分離出其它三種稀有氣體──氖、氪、氙。1895年，萊姆塞用硫酸處理瀝青油礦，産生一種氣體，用光譜鑒定為氦。由于他先後發現氦、氖、氪、氩、氙，獲得了1904年諾貝爾化學獎。
化合物
芬蘭赫爾辛基大學的科學家在24日出版的英國《自然》雜志上報告說，他們首次合成了惰性氣體元素氩的穩定化合物——氟氩化氫，分子式為HArF。
這樣，6種惰性氣體元素氦、氖、氩、氪、氙和氡中，就隻有原子量最小的氦和氖尚未被合成穩定化合物了。惰性氣體可廣泛應用于工業、醫療、光學應用等領域，合成惰性氣體穩定化合物有助于科學家進一步研究惰性氣體的化學性質及其應用技術。
在惰性氣體元素的原子中，電子在各個電子層中的排列，剛好達到穩定數目。因此原子不容易失去或得到電子，也就很難與其它物質發生化學反應，因此這些元素被稱為“惰性氣體元素”。
在原子量較大、電子數較多的惰性氣體原子中，最外層的電子離原子核較遠，所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強的其他原子，這些最外層電子就會失去，從而發生化學反應。1962年，加拿大化學家首次合成了氙和氟的化合物。此後，氡和氪各自的化合物也出現了。
原子越小，電子所受約束越強，元素的“惰性”也越強，因此合成氦、氖和氩的化合物更加困難。赫爾辛基大學的科學家使用一種新技術，使氩與氟化氫在特定條件下發生反應，形成了氟氩化氫。它在低溫下是一種固态穩定物質，遇熱又會分解成氩和氟化氫。科學家認為，使用這種新技術，也可望分别制取出氦和氖的穩定化合物。
自19世紀末以來，稀有氣體元素不能生成熱力學穩定化合物的結論給科學家人為地劃定了一個禁區，緻使絕大多數化學家不願再涉獵這一被認為是荒涼貧瘠的不毛之地，關于稀有氣體化學性質的研究被忽略了。盡管如此，仍有少數化學家試圖合成稀有氣體化合物。
1932年，前蘇聯的阿因托波夫（A．R．Antropoff）曾報道，他在液體空氣冷卻器内，用放電法使氪與氯、溴反應，制得了較氯易揮發的暗紅色物質，并認為是氪的鹵化物。但當有人采用他的方法重複實驗時卻未獲成功。阿因托波夫就此否定了自己的報道，認為所謂氪的鹵化物實際上是氧化氮和鹵化氫，并非氪的鹵化物。1933年，美國著名化學家鮑林（L．Pauling）通過對離子半徑的計算，曾預言可以制得六氟化氙（XeF6）、六氟化氪（KrF6）、氙酸及其鹽。
揚斯特（D．M．Younst）受阿因托波夫的第一個報道和鮑林預言的啟發，用紫外線照射和放電法試圖合成氟化氙和氯化氙，均未成功。他在放電法合成氟化氙的實驗中将氟和氙按一定比例混合後，在銅電極間施以30000伏的電壓，進行火花放電，但未能檢驗出氟化氙的生成。揚斯特由于對傳統觀念心有餘悸，沒有堅持繼續進行實驗，使一個極有希望的方法半途而廢。
一系列的失敗，緻使在以後的30多年中很少有人再涉足這一領域。令人遺憾的是，到了1961年，鮑林也否定了自己原來的預言，認為“氙在化學上是完全不反應的，它無論如何都不能生成通常含有共價鍵或離子鍵化合物的能力”。
曆史的發展頗具戲劇性，就在鮑林否定其預言的第二年，第一個稀有氣體化合物——六氟合鉑酸氙（XePtF6）竟奇迹般地出現了，并以它獨特的經曆和風姿震驚了整個化學界，标志着稀有氣體化學的建立，開創了稀有氣體化學研究的嶄新領域。
在加拿大工作的英國年輕化學家巴特列特（N．Bartlett）一直從事無機氟化學的研究。自1960年以來，文獻上報道了數種新的鉑族金屬氟化物，它們都是強氧化劑，其中高價鉑的氟化物六氟化鉑（PtF6）的氧化性甚至比氟還要強。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應，得到了一種深紅色固體，經X射線衍射分析和其他實驗确認此化合物的化學式為O2PtF6，其反應方程式為：
O2+PtF6→O2PtF6
這是人類第一次制得O+2的鹽，證明PtF6是能夠氧化氧分子的強氧化劑。巴特列特頭腦機敏，善于聯想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7千焦/摩爾，氙的第一電離能是1175.5千焦/摩爾，比氧分子的第一電離能還略低，既然O2可以被PtF6氧化，那麼氙也應能被PtF6氧化。
他同時還計算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能隻比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成，也應能穩定存在。于是巴特列特根據以上推論，仿照合成O2PtF6的方法，将PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合，在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6：
Xe+PtF6→XePtF6
該化合物在室溫下穩定，其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳，這說明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華，遇水則迅速水解，并逸出氣體：
2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF
這樣，具有曆史意義的第一個含有化學鍵的“惰性”氣體化合物誕生了，從而很好地證明了巴特列特的正确設想。1962年6月，巴特列特在英國ProccedingsoftheChemicalSociety雜志上發表了一篇重要短文，正式向化學界公布了自己的實驗報告，一下震動了整個化學界。
持續70年之久的關于稀有氣體在化學上完全惰性的傳統說法，首先從實踐上被推翻了。化學家們開始改變了原來的觀念，摘掉了冠以稀有氣體頭上名不副實的“惰性”的帽子，拆除了人為的樊籬，很快形成了一個合成和研究新的稀有氣體化合物的熱潮，開辟了一個稀有氣體化學的新天地。
認識上的障礙一旦拆除，更多的稀有氣體化合物很快被陸續合成出來。就在同年8月，柯拉森（H．H．Classen）在加熱加壓的情況下，以1∶5體積比混合氙與氟時，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激發了化學家合成稀有氣體化合物的熱情。
在此後不長的時間内，人們相繼又合成了一系列不同價态的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等，并對其物理化學性質、分子結構和化學鍵本質進行了廣泛的研究和探讨，從而大大豐富和拓寬了稀有氣體化學的研究領域。到1963年初，關于氪和氡的一些化合物也陸續被合成出來了。至今，人們已經合成出了數以百計的稀有氣體化合物，但卻僅限于原子序數較大的氪、氙、氡，至于原子序數較小的氦、氖，仍未制得它們的化合物，但有人已從理論上預測了合成這些化合物的可能性。
1963年，皮門陶（Pimentaw）等人根據HeF2的電子排布與穩定的HF-2離子相似這一點，提出了利用核反應制備HeF2的3種設想：（1）制取TF-2，再利用氚〔3H（T）〕的β衰變合成HeF2：TF-2→HeF2+β；（2）用熱中子輻射LiF，生成HeF2；（3）直接用α粒子轟擊固态氟而産生HeF2。但毛姆等人則認為，HeF2和HF-2的電子排布雖然相似，但HF-2可以看成是一個H-跟兩個F原子作用成鍵，H-的電離能僅為22.44千焦/摩爾，而He的電離能卻高達801.5千焦/摩爾，因此是否存在HeF2，在理論上是值得懷疑的，氦能否形成化合物，至今仍是個不解之謎。
稀有氣體化合物的制成
1962年6月，英國青年化學家巴特利特發表了合成Xe（PtF6）的簡報，使科學界大為震驚，從此打破了人為劃定的不存在“稀有氣體元素”化合物的禁區，使“稀有氣體元素”化學得到了飛躍的發展。至今，已合成了四百多種“稀有體元素”化合物，其中有的并不需要精密的實驗設備，如氙和氟的混合氣體隻需要放在日光下照射，即可生成二氟化氙。
穩定的氙碳化合物首次制成
1989年，聯邦德國多特蒙德大學首次制備出一種穩定的氙碳化合物。這種化合物是在乙腈液體中和0℃下，使二氟化氙和三（五氯酚氟代苯基）甲硼烷反應生成的。研究人員已用核磁共振裝置研究了這種含氙碳鍵化合物的結構。
低溫下穩定的氪氮化合物制備成功。
1988年，加拿大麥克馬斯特大學的施陶貝根宣稱，他首次制備并表征了含有氪—氮鍵的化合物。他用二氟化氪（KrF2）和質子化的氫氰酸鹽進行反應，把這兩種化合物放入氫氟酸中，并以液氮冷卻。然後讓反應溫度緩慢上升，使這兩種化合物溶解，并發生相互作用，在約-60℃時生成含有氪—氮鍵的白色固體化合物。這種氪—氮化合物與其他氙同系物相比是相當不穩定的，它似乎不能在高于-50℃的溫度下存在
在一定條件下，Xe可與F2發生反應，生成三種穩定的Xe的氟化物。XeF2．XeF4和XeF6：
Xe+nF2→XeF2n(n=1．2．3）
其中XeF4在堿性溶液中迅速分解.
6XeF4+12H2O→2XeO3+4Xe+24HF+3O2
XeF6不完全水解，産物為XeOF4
XeF6+3H2O→XeFO4+6HF
Xe的含氧化物除了XeO3，XeOF4外還有XeF4，HXeO4-和（XeO6）4-等
XeO3+OH-→HXeO4-
2HXeO4-+2OH-→（XeO6）4-+Xe+O2+2H2O
三氧化氙【XeO3】是無色、易潮解、易爆炸的晶狀固體，可溶于水，在水中以分子狀态存在。它在中性和微酸性環境中很穩定，但在堿性環境中它以HXeO4形式存在，且HXeO4不穩定，除氧化分解以外，還發生歧化反應：
2HXeO4（aq）+2OH（aq）=XeO6(aq)+Xe(g)+O2(g)+2H2O(l)
ΨXeO3/Xe=+2.10VΨHXeO4-/Xe=+1.24V
且XeO3還原産物總是氙，因為沒有穩定的低價态氧化氙。
氙金屬化合物
三氟化金與氙和原子态氫反應，生成了一種新的黑色晶體，經檢測發現這種晶體的成分是新的化合物四氙化金。
氯是鹵族元素氙為惰性氣體，在正常情況下氯和氙是不會發生反應的，在自然界中也不存在氯和氙的化合物，但在高壓和強電場作用下氯可以接受氙的一個電子，形成氯化氙分子，氯化氙不穩定維持的時間很短，很快會解離成為氯和氙，這中不穩定的分子稱為準分子，由不穩定的氯化氙準分子受激發而發出的波長為308nm的紫外線激光。
氟化氙分三種：二氟化氙，四氟化氙和六氟化氙。他們均為無色晶體，其中二氟化氙熔點為129℃，四氟化氙為113℃，六氟化氙為89℃。XeF2在堿溶液中易被還原成Xe。XeF4則在水中岐化為XeO3+Xe。XeF6則水解成XeO3。氟化氙能被氫氣還原為Xe。XeF2能将Cl-變為Cl2，BrO3-變為BrO4-。都可以用氙和氟直接化合生成，也可做氟化劑。
易升華，前二者氣态無色，後者黃色。化學活潑性、氧化性和氟化性依次遞增。如XeF2和XeF4不和SiO2反應，而XeF6最終反應生成XeO3。XeF2可用作有機物的氟化劑，選擇性較好，産率較高。XeF4及XeF6和某些有機物接觸會引起燃燒或爆炸。改性的XeF6為有前途的氟化劑。XeF2可用作氧化鈾的氟化劑，以分離鈾235。用生成氟化氙除去核反應堆裂變産物放射性氙的小型試驗已獲成功。用135XeF4作核反應堆的減速劑正在試驗。控制不同的溫度，壓力等條件，可由氙和氟直接反應制得上述三種氟化氙。還可通過放電、輻射、光化學反應等制備。
理化性質
空氣中約含0.94%（體積百分）的稀有氣體，其中絕大部分是氩氣。
稀有氣體都是無色、無臭、無味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增大。稀有氣體的分子都是由單原子組成的，它們的熔點和沸點都很低，随着原子量的增加，熔點和沸點增大。它們在低溫時都可以液化。
稀有氣體原子的最外層電子結構為ns2np6（氦為1s2），是最穩定的結構，因此，在通常條件下不與其它元素作用，長期以來被認為是化學性質極不活潑，不能形成化合物的惰性元素。
稀有氣體的特性可以用現代的原子結構理論來解釋：它們的最外電子層的電子已“滿”（即已達成八隅體狀态），所以它們非常穩定，極少進行化學反應，至今隻成功制備出幾百種稀有氣體化合物。每種稀有氣體的熔點和沸點十分接近，溫度差距小于10°C（18°F），因此它們僅在很小的溫度範圍内以液态存在。
經氣體液化和分餾方法可從空氣中獲得氖、氩、氪和氙，而氦氣通常提取自天然氣，氡氣則通常由鐳化合物經放射性衰變後分離出來。稀有氣體在工業方面主要應用在照明設備、焊接和太空探測。氦也會應用在深海潛水。如潛水深度大于55米，潛水員所用的壓縮空氣瓶内的氮要被氦代替，以避免氧中毒及氮麻醉的征狀。另一方面，由于氫氣非常不穩定，容易燃燒和爆炸，現今的飛艇及氣球都采用氦氣替代氫氣。
除氦以外，稀有氣體原子的最外電子層都是由充滿的ns和np軌道組成的，它們都具有穩定的8電子構型。稀有氣體的電子親合勢都接近于零，與其它元素相比較，它們都有很高的電離勢。因此，稀有氣體原子在一般條件下不容易得到或失去電子而形成化學鍵。表現出化學性質很不活潑，不僅很難與其它元素化合，而且自身也是以單原子分子的形式存在，原子之間僅存在着微弱的範德華力（主要是色散力）。直到1962年，英國化學家N˙巴利特才利用強氧化劑PtF6與氙作用，制得了第一種惰性氣體的化合物Xe[PtF6]，以後又陸續合成了其他惰性氣體化合物，并将它的名稱改為稀有氣體。
空氣是制取稀有氣體的主要原料，通過液态空氣分級蒸餾，可得稀有氣體混合物，再用活性炭低溫選擇吸附法，就可以将稀有氣體分離開來。
第0族包括氦、氖、氩、氪、氙和氡共六種元素，統稱為稀有氣體。
應用
随着工業生産和科學技術的發展，稀有氣體越來越廣泛地應用在工業、醫學、尖端科學技術以至日常生活裡。
利用稀有氣體極不活動的化學性質，有的生産部門常用它們來作保護氣。例如，在焊接精密零件或鎂、鋁等活潑金屬，以及制造半導體晶體管的過程中，常用氩作保護氣。原子能反應堆的核燃料钚，在空氣裡也會迅速氧化，也需要在氩氣保護下進行機械加工。電燈泡裡充氩氣可以減少鎢絲的氣化和防止鎢絲氧化，以延長燈泡的使用壽命。
稀有氣體通電時會發光。世界上第一盞霓虹燈是填充氖氣制成的（霓虹燈的英文原意是“氖燈”）。氖燈射出的紅光，在空氣裡透射力很強，可以穿過濃霧。因此，氖燈常用在機場、港口、水陸交通線的燈标上。燈管裡充入氩氣或氦氣，通電時分别發出淺藍色或淡紅色光。
有的燈管裡充入了氖、氩、氦、水銀蒸氣等四種氣體（也有三種或兩種的）的混合物。由于各種氣體的相對含量不伺，便制得五光十色的各種霓虹燈。人們常用的熒光燈，是在燈管裡充入少量水銀和氩氣，并在内壁塗熒光物質（如鹵磷酸鈣）而制成的。通電時，管内因水銀蒸氣放電而産生紫外線，激發熒光物質，使它發出近似日光的可見光，所以又叫做日光燈。
利用稀有氣體可以制成多種混合氣體激光器。氦-氖激光器就是其中之一。氦氖混合氣體被密封在一個特制的石英管中，在外界高頻振蕩器的激勵下，混合氣體的原子間發生非彈性碰撞，被激發的原子之間發生能量傳遞，進而産生電子躍遷，并發出與躍遷相對應的受激輻射波，近紅外光。氦-氖激光器可應用于測量和通訊。
氦氣是除了氫氣以外最輕的氣體，可以代替氫氣裝在飛艇裡，不會着火和發生爆炸。
液态氦的沸點為-269℃，是所有氣體中最難液化的，利用液态氦可獲得接近絕對零度（-273.15℃）的超低溫。氦氣還用來代替氮氣作人造空氣，供探海潛水員呼吸，因為在壓強較大的深海裡，用普通空氣呼吸，會有較多的氮氣溶解在血液裡。當潛水員從深海處上升，體内逐漸恢複常壓時，溶解在血液裡的氮氣要放出來形成氣泡，對微血管起阻塞作用，引起“氣塞症”。氦氣在血液裡的溶解度比氮氣小得多，用氦跟氧的混合氣體（人造空氣）代替普通空氣，就不會發生上述現象。
溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液态，具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體，具有許多反常的性質。例如具有超導性、低粘滞性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一，并且這種液氦能沿着容器的内壁向上流動，再沿着容器的外壁往下慢慢流下來。這種現象對于研究和驗證量子理論很有意義。
氩氣經高能的宇宙射線照射後會發生電離。利用這個原理，可以在人造地球衛星裡設置充有氩氣的計數器。當人造衛星在宇宙空間飛行時，氩氣受到宇宙射線的照射。照射得越厲害，氩氣發生電離也越強烈。衛星上的無線電機把這些電離信号自動地送回地球，人們就可根據信号的大小來判定空間宇宙輻射帶的位置和強度。
氪能吸收X射線，可用作X射線工作時的遮光材料。
氙燈還具有高度的紫外光輻射，可用于醫療技術方面。氙能溶于細胞質的油脂裡，引起細胞的麻醉和膨脹，從而使神經末梢作用暫時停止。人們曾試用80%氙和20%氧組成的混合氣體，作為無副作用的麻醉劑。在原子能工業上，氙可以用來檢驗高速粒子、粒子、介子等的存在。
氪、氙的同位素還被用來測量腦血流量等。
氡是自然界唯一的天然放射性氣體，氡在作用于人體的同時會很快衰變成人體能吸收的氡子體，進入人體的呼吸系統造成輻射損傷，誘發肺癌。一般在劣質裝修材料中的钍雜質會衰變釋放氡氣體，從而對人體造成傷害。體外輻射主要是指天然石材中的輻射體直接照射人體後産生一種生物效果，會對人體内的造血器官、神經系統、生殖系統和消化系統造成損傷。
然而，氡也有着它的用途，将铍粉和氡密封在管子内，氡衰變時放出的α粒子與铍原子核進行核反應，産生的中子可用作實驗室的中子源。氡還可用作氣體示蹤劑，用于檢測管道洩漏和研究氣體運動。
稀有氣體在許多場合中用于提供惰性氣氛。氩在化學合成時常用于保護對氮氣敏感的化合物。固态氩也用于研究反應中間體等非常不穩定的化合物，方法是在超低溫下将其隔離在固态氩構成的基質中。氦是氣相色譜法中的載色劑、溫度計的填充氣，并用于蓋革計數器和氣泡室等輻射測量設備中。氦和氩都用作焊接電弧的保護氣和賤金屬的焊接及切割的惰性保護氣。它們在其他冶金過程和半導體工業中矽的生産中同樣有着廣泛應用。
由于化學活性很低，稀有氣體廣泛的應用于照明領域。氩和氮的混合氣體是白熾燈中填充的保護氣。氪可降低燈絲的蒸發率而常用于色溫和效率更高性能白熾燈，特别在鹵素燈中可将氪與少量碘或溴的化合物混合充入。此外，在放電燈中填充不同的稀有氣體，可以産生不同顔色的光，如霓虹燈中常見的氖燈。盡管稱為氖燈，其中通常含有其他氣體和磷，它們在氖發出的橙紅色光的基礎上加入了其他顔色。氙通常用于氙弧燈，因為它們的近連續光譜與日光相似。這種燈可用于電影放映機和汽車前燈等。
稀有氣體可用于準分子激光器，這是因為它們可形成短暫存在的電子激發态受激子（英語：excimer）。這些用于激光器的受激子可能是稀有氣體二聚體，例如Ar、Kr或Xe，更有可能是與鹵素結合的受激子，例如ArF、KrF、XeF或XeCl。
這些激光器産生波長較短的紫外線，其中ArF産生的紫外線波長為193納米，而KrF為248納米。這種高頻率的激光使高精密成像成為現實。準分子激光有諸多工業、醫藥和科學用途。集成電路制造過程中的顯微光刻法和微制造必須用到準分子激光。激光手術，例如血管再成形術和眼部手術也需用到準分子激光。
一些稀有氣體有直接的醫學用途，如：氦有時用于改善哮喘患者的呼吸；氙則因為在脂質中的高溶解度成為一種麻醉劑，比常用的一氧化二氮（俗稱笑氣）更為有效，且容易從體内排出而麻醉後蘇醒也較快。氙在超極化核磁共振成像中用于拍攝肺的醫學影像。具有強輻射性的氡隻能微量制取，可用于放射線療法。
