A liquefação do gás natural segue leis termodinâmicas de transição de fase. Quando a temperatura está abaixo do ponto crítico (metano -82,6 graus), a fase gasosa pode ser transformada em fase líquida aumentando a pressão ou diminuindo a temperatura.
Sob pressão normal, a liquefação requer resfriamento a -162 graus, enquanto a pressão de 4,5 MPa requer apenas resfriamento a -84 graus. Este processo requer a superação da energia cinética das moléculas do gás, o que é conseguido pelo trabalho do compressor e pelos trocadores de calor que removem o calor, reduzindo assim a energia interna.
O produto formado após a liquefação é denominado gás natural liquefeito (GNL), cujo principal componente é o metano. O GNL tem volume 625 vezes menor que a mesma massa de gás natural, facilitando seu armazenamento e transporte. O GNL tem um ponto de inflamação de aproximadamente 650 graus e uma faixa limite de explosão de 4,7% a 15%, tornando sua produção e uso relativamente seguros.