英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳与威廉·汤姆逊有着多年的合作，他们做了许多实验进行热力学分析，并致力于推动这一学科的发展。1852 年，这两位研究者在探索过程中取得了突破性进展。他们发现，在气体通过节流阀的过程中，会产生压力突变，继而引起温度发生改变。这种现象被称为焦耳-汤姆逊效应（有时也称汤姆逊-焦耳效应 ），事实证明，这一现象对制冷系统以及液化器、空调和热泵的发展起到了非常重要的作用。例如，这一效应可以用来解释为什么当我们从自行车轮胎中释放空气时，轮胎气门会变冷。
当流动的气体通过调压器时（此时调压器起到的作用类似于节流装置、阀门或多孔塞），就会发生焦耳-汤姆逊效应所描述的温度变化。然而，这种温度变化并不总是我们想要的。为了平衡与焦耳-汤姆逊效应相关的温度变化，我们往往会用到加热或冷却元件。
在对焦耳-汤姆逊效应进行数学分析之前，我们需要先熟悉用来描述这一效应的专用术语。下表对相关术语进行了概述：
下图描述气流通过一个渗透性多孔塞（带有绝热壁）发生膨胀的过程，其压力状态发生了由高到低的变化。
这是一个绝热节流 过程，与环境之间没有热量交换，也没有机械功交换。对于气体进出多孔部分的流动过程，我们可以使用基本的热力学概念来建立能量平衡方程；1 表示入口，2 表示出口：
其中，
由此可见，这一过程是在焓恒定不变的条件下发生的；也就是说，这是一个等焓 过程。按照教科书的说法，我们可以根据热容
此时，从上面的方程很容易得出以下结论：假设
在更普遍的意义上，
下面是一个使用温度和压力的例子：
根据链式法则，焓的一个小变化
方程右端第一项是理想气体的焓变，第二项是由气体的非理想性带来的附加贡献，可以解释为要克服分子间作用力而必须施加的功。根据定义，理想气体没有分子间作用力。对于等焓过程，方程（4）还有助于对任何细微的温度变化作出解释，这是因为它能够提供克服分子间作用力所需的精确热能转换量。
重新审视汤姆逊和焦耳进行的实验，这两位物理学家当时发现，他们观察到的等焓过程中的温度变化能够与某些可测量的物理量关联起来：在焓保持不变的条件下，当压力发生微小变化时，温度究竟会改变多少？他们将其称为焦耳-汤姆逊系数
在温度-压力图中显示的节流路径。其中的等焓线表示为 h = 常数。节流过程的路径始于点
汤姆逊和焦耳进行了大量的工作来测量和收集常见气体的
经过重排后可变为：
将方程（6）插入方程（4），得出下式：
由于积分量能够被测量，因此可以通过计算机程序或人工方式来计算这个公式。
另一个重要发现是，可以通过测量的
在方程两边对常数
将麦克斯韦关系（用于准确性测试）加入著名的吉布斯自由能微分式
将方程（9）插入方程（8），得到
最后，将方程（10）插入方程（6），即可得到
当我们可以使用非理想状态方程
常温下的大多数气体在节流过程中都会稍微发生冷却，但氢气和氦气除外。气体内部发生冷却的原因在于，热量转化为功，以克服分子间的作用力。理想气体的关系式忽略了任何分子间的作用力，因此无法反映焦耳-汤姆逊效应。由此可见，在使用计算工具进行流量计算时，仅仅依靠理想气体定律的各种假设得出的计算结果可能并不准确。
许多工程方面的教科书和工具书都包含介绍焦耳-汤姆逊效应的相关章节，并列出了一些常见气体的
为了实现更精确的计算，您需要了解压力对
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