Bir maddeyi soğutmanın yollarından birisi kendisinden daha soğuk başka bir maddenin içine koymaktır. Buzdolabının ve derin dondurucuların olmadığı dönemlerde insanlar yaşadıkları yerleşim bölgelerinin yakınında bulunan dağların zirvelerinden kar getirerek soğutucuya olan gereksinimlerini karşılıyorlardı. Bu amaçla kullanılan soğutucu maddeler; buz, sıvı hava, kuru buz (katı CO2), aseton-alkol veya aseton-eter karışımıdır. Sıvı hava bulunduğu ortamı -180 °C'a kadar, sıvı hidrojen ise -250 °C a kadar soğutabilir. Isıca yalıtılmış bir silindir, üzerinde çok küçük bir delik bulunan engelle iki bölüme ayrılmıştır.
A bölmesinde yüksek basınçta bulunan gaz sıkıştırılarak B bölmesine geçirilmiştir (Gazı A bölmesinden B bölmesine geçirebilmek için P1 basıncının P2 basıncından daha büyük olması gerekir. Bu basıncın etkisi ile A bölmesindeki gazın tümü geri dönüşümsüz olarak B bölmesine geçmektedir). Gaz A bölmesinden B bölmesine geçirildikten sonra T2 sıcaklığı ölçülerek T1 sıcaklığı ile karşılaştırıldığında T2 < T1; T2 > 1 veya T2 = T1 olduğu görülmüştür.
Joule ve Thomson yaptıkları deneyin sonucunda hızla genleştirilen bazı gazların sıcaklığında değişiklik olmadığını, bazı gazların ısındığını, bazı gazların ise soğuduğunu gözlemlemişlerdir. Bir gazın kinetik enerjisinin sıcaklığa bağlılığını gösteren kinetik teorinin formülü E= 3/kT dir. (Formülde k sabit T ise mutlaksıcaklıktır.). Buna göre gazın sıcaklığı arttırıldığında kinetik enerjisi artar. Sıcaklığı azaltıldığında ise kinetik enerjisi azalır. Gazların kinetik enerjisini düşürebilmek için gaz moleküllerine bir iş yaptırmak gerekir. Gaz molekülleri düşük sıcaklıkta düşük ortalama hıza sahip olduklarına göre molekülleri yavaşlatmak, gazı soğutmak anlamına gelir. Gazlar genleştirildiğinde moleküller birbirinden uzaklaşır ve ortalama hızları düşer. Genleşen gazın molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin yenilmesi için gereken enerji dış sistem ısıca yalıtılmış olduğundan ortamdan alınamaz. Bu durumda moleküller enerjiyi kendi öz ısılarını kullanarak karşıladıklarından hızla genleştirilen gazlar soğur. Soğuyan gaz bulunduğu ortamı da soğutur. James Joule ve William Thomson'ın anısına bu gözleme Joule- Thomson oiayı veya Joule-Thomson genleşmesi denir. Joule-Thomson olayı sonucunda genişleme sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar küçük ise gaz ideale o kadar yakındır.
