يتبع تسييل الغاز الطبيعي قوانين المرحلة الانتقالية الديناميكية الحرارية. عندما تكون درجة الحرارة أقل من النقطة الحرجة (الميثان -82.6 درجة)، يمكن تحويل الطور الغازي إلى الطور السائل عن طريق زيادة الضغط أو خفض درجة الحرارة.
تحت الضغط العادي، يتطلب التسييل التبريد إلى -162 درجة، بينما عند ضغط 4.5 ميجا باسكال، فإنه يتطلب التبريد إلى -84 درجة فقط. وتتطلب هذه العملية التغلب على الطاقة الحركية لجزيئات الغاز، وهو ما يتحقق من خلال أداء الضاغط للعمل وإزالة الحرارة من المبادلات الحرارية، وبالتالي تقليل الطاقة الداخلية.
يُطلق على المنتج المتكون بعد التسييل اسم الغاز الطبيعي المسال (LNG)، ومكونه الرئيسي هو الميثان. ويبلغ حجم الغاز الطبيعي المسال 625 مرة أصغر من نفس كتلة الغاز الطبيعي، مما يسهل تخزينه ونقله. يمتلك الغاز الطبيعي المسال نقطة وميض تبلغ حوالي 650 درجة ونطاق حد للانفجار يتراوح بين 4.7% إلى 15%، مما يجعل إنتاجه واستخدامه آمنًا نسبيًا.