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  各種氣體定律說明了溫度、壓力和體積。當體積不可逆回地上升,這些定律不能清楚說明壓力和溫度的改變。而在可逆絕熱過程中,氣體膨漲做了正功,因此溫度下降。  可是,真實氣體(相對理想氣體而言)在等焓環境下自由膨脹,溫度會上升或下降(是哪方看初始溫度而定)。對於給定壓力,真實氣體有一個焦耳-湯姆孫反轉溫度,高於溫度時氣體溫度會上升,低於時氣體溫度下降,剛好在這溫度時氣體溫度不變。許多氣體的在1大氣壓力下的反轉溫度高於室溫。

  在焦耳-湯姆孫過程,溫度隨壓力的改變稱為焦耳-湯姆孫係數:  對於不同氣體,在不同壓力和溫度下,formula_2的值不同。formula_2可正可負。考慮氣體膨漲,此時壓力必下降,故formula_4。 若formula_5,則溫度不隨壓力也不隨體積而變,此時氣體位於反轉點,而此溫度稱之反轉溫度。 氦和氫在1個大氣壓力下,反轉溫度相當低(例如氦便是−222°C)。因此,這兩種氣體在室溫膨漲時溫度上升。  對於理想氣體,formula_5。

  溫度下降:當氣體膨脹,分子之間的平均距離上升。因為分子間吸引力,氣體的位能上升。因為這是等焓過程,系統的總能量守恆,所以位能上升必然會令動能下降,故此溫度下降。  溫度上升:當分子碰撞,動能暫時轉成位能。由於分子之間的平均距離上升,每段時間的平均碰撞次數下降,位能下降,因此動能上升,溫度上升。  低於反轉溫度時,前者的影響較為明顯,高於反轉溫度時,後者影響較明顯。

  很容易證實,對於由合適的微觀假設定義的理想氣體,"αT" = 1,因此在焦耳-湯姆遜膨脹下這種理想氣體的溫度變化為零。對於這樣一種理想的氣體,這個理論結果意味著: 這個規則最初是由焦耳實驗發現的,它被稱為焦耳第二定律。當然,更精確的實驗發現了重要的偏差。
焦耳-湯姆孫效應是指氣體會因在等焓的環境下膨脹,而使溫度上升或下降。這個過程稱為焦耳-湯姆孫過程