기체가 가는 구멍에서 일을 하지 않고 비가역적으로 유출될 때 온도변화가 일어나는 현상. 실재 기체의 부피 V가 절대온도 T에 비례하지 않기 때문에 일어나는 효과이다.

W. 톰슨과 J. P. 줄이 1852년경부터 62년에 걸친 반복 실험을 통해 발견했다.

외계와의 열의 출입을 무시할 수 있는 관(管)의 중간에 솜 등의 다공성(多孔性) 물질을 채우고, 그 한쪽에서 다른 쪽으로 기체를 보내면 기체의 압력은 만큼 내려가며, 동시에 T의 온도변화가 일어난다.

T와 는 비례하고, 정압열용량(定壓熱容量)을 라 하면

의 관계가 있다.

비례계수 T/를 줄-톰슨 계수라고 하고, 그것이 0이 되는 온도를 그 기체의 역전(逆轉)온도라고 한다.

역전온도 이하에서는 온도강하가 일어나고 그 이상의 온도에서는 온도상승이 일어난다.

공기 · 이산화탄소 등의 상압(常壓)에서의 역전온도는 상온보다 높다.

이 효과는 기체의 액화에 이용된다.