Высшим научным достижением П. Л. Капицы, принесшим ему Нобелевскую премию, является открытие в 1938 г. сверхтекучести жидкого гелия и изучение его свойств. Эти исследования легли в основу теории сверхтекучести Льва Ландау. Благодаря исследованиям Капицы и Ландау появилась новая область науки — физика низких температур. Кроме того, П. Л. Капица разработал новый метод ожижения воздуха, предопределивший развитие в мире крупных установок для получения кислорода, азота и инертных газов. Измеряя температуру в центре гелиевого разряда, он установил, что на расстоянии в несколько миллиметров от границы разряда температура изменяется примерно на два миллиона градусов Кельвина. Это открытие легло в основу проекта термоядерного реактора с непрерывным подогревом плазмы.