Hēliju plaši izmanto militārajā rūpniecībā, zinātniskajā izpētē, naftas ķīmijā, saldēšanā, ārstniecībā, pusvadītājos, cauruļvadu noplūžu noteikšanā, supravadītspējas eksperimentos, metālu ražošanā, dziļūdens niršanā, augstas precizitātes metināšanā, optoelektronisko izstrādājumu ražošanā utt.
(1) Dzesēšana zemā temperatūrā: izmantojot šķidrā hēlija zemo viršanas temperatūru -268,9 °C, šķidro hēliju var izmantot īpaši zemas temperatūras dzesēšanai.Īpaši zemas temperatūras dzesēšanas tehnoloģijai ir plašs pielietojums supravadīšanas tehnoloģijā un citās jomās.Supravadošiem materiāliem jābūt zemā temperatūrā (apmēram 100 K), lai tiem būtu supravadīšanas īpašības.Vairumā gadījumu tikai šķidrs hēlijs var viegli sasniegt tik ārkārtīgi zemu temperatūru..Supravadītāja tehnoloģija tiek plaši izmantota maglev vilcienos transporta nozarē un MRI iekārtās medicīnas jomā.
(2) Balona piepūšana: tā kā hēlija blīvums ir daudz mazāks nekā gaisa blīvums (gaisa blīvums ir 1,29 kg/m3, hēlija blīvums ir 0,1786 kg/m3), un ķīmiskās īpašības ir ārkārtīgi neaktīvas, kas ir drošāks par ūdeņradi (ūdeņradis var būt gaisā uzliesmojošs, iespējams, sprādzienbīstams), hēliju bieži izmanto kā uzpildes gāzi kosmosa kuģos vai reklāmas balonos.
(3) Pārbaude un analīze. Kodolmagnētiskās rezonanses analizatoru supravadošie magnēti, ko parasti izmanto instrumentu analīzē, ir jāatdzesē ar šķidru hēliju.Gāzu hromatogrāfijas analīzē hēliju bieži izmanto kā nesējgāzi.Izmantojot hēlija labo caurlaidību un neuzliesmojamību, to izmanto arī vakuuma noplūdes noteikšanā, piemēram, hēlija masas spektrometra noplūdes detektoros.
(4) Aizsarggāze: izmantojot hēlija neaktīvās ķīmiskās īpašības, hēliju bieži izmanto kā aizsarggāzi magnija, cirkonija, alumīnija, titāna un citu metālu metināšanai.
(5) Citi aspekti: hēliju var izmantot kā spiediena gāzi šķidro propelantu, piemēram, šķidrā ūdeņraža un šķidrā skābekļa transportēšanai uz raķetēm un kosmosa kuģiem augsta vakuuma ierīcēs un kodolreaktoros.Hēliju izmanto arī kā tīrīšanas līdzekli atomreaktoriem, jauktā gāzē elpošanai jūras attīstības jomā, kā uzpildes gāzi gāzes termometriem utt.