Die Tieftemperaturphysik ist das Teilgebiet der Physik, das sich mit der Erzeugung und Messung sehr tiefer Temperaturen befasst sowie mit der Untersuchung von Prozessen und Materialeigenschaften bei diesen tiefen Temperaturen.
Historisch nahm die Tieftemperaturphysik ihren Ausgang in der Verflüssigung von Gasen wie Luft, d. h. Stickstoff und Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid. Dabei machte man sich zunächst den sog. Joule-Thompson-Effekt zunutze, der nur bei realen Gasen auftritt. Bei ausreichender Vorkühlung kann man damit auch Helium verflüssigen. Bei flüssigem Helium kann man Quanteneffekte wie die Suprafluidität beobachten, bestimmte mit flüssigem Helium gekühlten Metalle zeigen Supraleitung.
Durch Verdunstungskühlung (Abpumpen verdampfter Heliumatome; ähnlich wie bei einer zu heißen Kaffeetasse) lässt sich flüssiges Helium noch weiter kühlen; noch tiefere Temperaturen bis unter 1 nK erreicht man mithilfe von der sog. adiabatischen Entmagnetisierung oder, bei stark verdünnten Gasen, per Laserkühlung.