Kromě kyslíku, dusíku a vodíku obsahuje vzduch stopová množství vzácných plynů, jako je neon, helium, krypton a xenon. Podle objemového zlomku představuje neon přibližně 15 × 10⁻⁶ až 18 × 10⁻⁶, helium 4,6 × 10⁻⁶ až 5,3 × 10⁻⁶, krypton pouze 1,08 × 10⁻⁶ a xenon 0,08,08. Xenon je běžně známý jako „zlatý plyn“. Vzhledem k jejich extrémně nízkým koncentracím a složitosti extrakčního procesu jsou rekuperační jednotky uvažovány pouze pro kyslíková zařízení s kapacitou vyšší než 10 000 m³/h.
Neon a helium mají velmi nízké teploty zkapalňování. Při atmosférickém tlaku je teplota zkapalnění neonu 27,26 K a teplota helia 4,21 K. Neon je vysoce inertní, díky čemuž je kapalný neon velmi bezpečným chladivem pro kryogenní laboratoře. Při teplotách kapalného helia ztrácejí vodiče svůj elektrický odpor, což umožňuje průchod proudu beze ztrát, což má za následek „supravodivost“, kterou lze využít ke konstrukci supravodivých motorů. S rozvojem ultra-nízkoteplotní technologie bude proto kapalné helium hrát stále důležitější roli.
Helium je vysoce inertní. Používá se jako ochranný plyn při tavení speciálních vzácných kovů, jako je titan a zirkonium, a také polovodičů, jako je křemík a germanium. Helium je také vyžadováno jako ochranný plyn pro svařování a řezání vysoce-slitin s vysokými body tání a velkými tloušťkami.
Helium má silnou difuzivitu a zvláště vysokou propustnost. Proto je pro tlakové nádoby a vakuové systémy s extrémně přísnými požadavky nejlepším indikátorem detekce netěsností helium. Kromě toho je helium optimálním chladivem pro ultra-nízkoteplotní chladničky. Heliové zkapalňovače a heliové chladničky mohou dosahovat teplot blížících se absolutní nule. Čerpadla provozovaná s kapalným heliem mohou dosáhnout vysokého vakua 133,32 × 10⁻⁹ Pa požadovaného v elektronickém průmyslu a ultra-vysokého vakua 133,32 × 10⁻¹⁰ až 133,32 × 10⁻¹² Pa potřebného pro vesmírný výzkum.
V atomové fyzice se jádro helia používá jako částice alfa. V atomovém průmyslu je helium široce používáno jako ochranný plyn. V jaderných reaktorech slouží helium nejen jako ochranný plyn, ale také jako chladivo. Protože je helium chemicky inertní a-nekorozivní pro spalovací zařízení, může zvýšit teplotu a účinnost reaktoru. Kromě toho má helium samo o sobě vysokou tepelnou vodivost a poskytuje vynikající chladicí výkon.
V lékařství může směs kyslíku a helia v poměru 1:4 rychle proniknout do plic a urychlit výměnu kyslíku a oxidu uhličitého. Může být použit k léčbě astmatu, onemocnění průdušnice a hrtanu a také dekompresní nemoci.
Při potápěčských operacích, pokud se používá obyčejný vzduch, může dusík rozpuštěný v krvi způsobit v hloubkách pod 50 m narkózu, což představuje pro potápěče život ohrožující-riziko. Proto potápěči pracující ve velkých hloubkách nemohou používat čistý kyslík; místo toho se vzduch pro dýchání nahrazuje směsí kyslíku-helia, což zajišťuje bezpečný provoz v hloubkách až 200 m. V důsledku toho je spotřeba helia značná.
Vzhledem k tomu, že helium je bezpečnější než vodík, může být použito jako náhrada vodíku pro plnění vzducholodí a meteorologických balónů. Helium lze také použít jako nosný plyn v chromatografii.
S rozvojem vesmírné technologie, laserové technologie a infračervené detekční technologie má helium širokou škálu aplikací.
Neon při plnění do žárovek vydává červenou záři a odedávna se používá k plnění neonových signálních zařízení a různých výbojek. Je také široce používán v laserové technologii a infračervené detekci.
Latentní výparné teplo neonu je 40krát větší než u hélia, takže je vhodné jako chladivo pro ultra-nízké teploty, s minimální teplotou -245,9 stupně . Neon a helium lze také použít pro měření skutečné hustoty a povrchu porézních látek.
Krypton a xenon se používají hlavně v elektrických světelných zdrojích. Žárovky plněné směsí kryptonu, xenonu a argonu jsou kompaktní,-dlouhotrvající a vysoce účinné-obecně 4krát až 5krát účinnější než žárovky, přičemž životnost se prodlužuje 2krát až 3krát. Zábleskové lampy a stroboskopy také využívají krypton a xenon. Protože intenzita výboje xenonových výbojek převyšuje intenzitu slunečního světla, mají xenonové výbojky s dlouhým obloukem plněné xenonem, běžně známé jako „malá slunce“, extrémně silnou schopnost pronikání mlhy. Lze je použít pro osvětlení na letištích, nádražích, docích a dalších místech a také na bojištích.
Kromě toho má xenon relativně velkou molekulovou hmotnost a silné anestetické vlastnosti, což z něj činí ideální anestetikum v medicíně. Xenon má také tu vlastnost, že je nepropustný pro rentgenové -záření a používá se jako kontrastní látka pro mozkovou rentgenovou fotografii a také pro stínění proti rentgenovému záření.
