Thể tích hoặc không gian mà một chất khí cụ thể chiếm giữ, giảm khi nó được làm lạnh. Mối quan hệ trực tiếp giữa thể tích và nhiệt độ của chất khí được gọi là định luật Charles, phát biểu rằng tất cả các chất khí ở nhiệt độ không đổi, nhiệt độ tăng dẫn đến thể tích tăng.
Các chất khí có thể được xác định bằng cách sử dụng bốn đại lượng vật lý: thể tích (V), áp suất (P), nhiệt độ (T) và số nguyên tử khí (n). Mối tương quan chung giữa các giá trị này được biểu diễn về mặt toán học bằng phương trình PV = nRT, còn được gọi là định luật khí lý tưởng, trong đó "R" biểu thị hằng số tỷ lệ. Các đơn vị tiêu chuẩn bao gồm lít đối với V, khí quyển đối với P, Kelvin đối với T và mol đối với n.
Thang Kelvin được sử dụng cho định luật khí lý tưởng vì sự thay đổi nhiệt độ của một chất khí không dẫn đến sự thay đổi trực tiếp về thể tích của nó khi sử dụng thang độ C. Nhiệt độ tuyệt đối, là 0 Kelvin, tương đương với -273 độ C. Khi sử dụng thang Fahrenheit, cần thêm 460 để có được nhiệt độ tuyệt đối trong thang Rankine.
Phương trình khí lý tưởng chỉ ra rằng việc giảm nhiệt độ làm giảm thể tích của nó. Khi một chất khí bị nguội đi, các nguyên tử bao gồm chất khí có ít năng lượng hơn để chuyển động xung quanh. Các nguyên tử có xu hướng ngưng tụ và di chuyển gần nhau hơn, khiến chúng chiếm ít diện tích hơn.
