1956年H.伦敦最先提出稀释致冷机的原理，1965年第一台稀释致冷机诞生，它是利用3He-4He混合液的性质设计的致冷机。3He和4He的混合液在0.87K以上温度时是完全互溶的溶液，在0.87K以下时发生相分离，即分成含3He较多的浓相和含3He较少的稀相两部分，两者间构成一界面，浓相浮于稀相之上。当3He原子从浓相通过界面进入稀相时，类似于普通液体通过液面蒸发成气体，要吸热致冷。进入稀相的3He原子通过循环系统重新回到浓相。稀释致冷机结构简单可靠，致冷能力强，可长时间连续工作，可得稳定的可调节的超低温，这是传统的顺磁盐绝热去磁法所无法比拟的，现已获广泛应用。用此法得到的最低温度为1.5mK。