1956年H.倫敦最先提出稀釋致冷機的原理，1965年第一台稀釋致冷機誕生，它是利用3He-4He混合液的性質設計的致冷機。3He和4He的混合液在0.87K以上溫度時是完全互溶的溶液，在0.87K以下時發生相分離，即分成含3He較多的濃相和含3He較少的稀相兩部分，兩者間構成一界面，濃相浮於稀相之上。當3He原子從濃相通過界面進入稀相時，類似於普通液體通過液面蒸發成氣體，要吸熱致冷。進入稀相的3He原子通過循環系統重新回到濃相。稀釋致冷機結構簡單可靠，致冷能力強，可長時間連續工作，可得穩定的可調節的超低溫，這是傳統的順磁鹽絕熱去磁法所無法比擬的，現已獲廣泛套用。用此法得到的最低溫度為1.5mK。