Heliumilla on kaksi stabiilia isotooppia, 4He ja 3He. Tavallisesti eri isotoopit eroavat toisistaan vain massaltaan. Tästä poiketen heliumin isotoopit poikkeavat ominaisuuksiltaan huomattavasti matalissa lämpötiloissa. Isotooppien sekoitus eroaa itsestään kahdeksi eri nesteeksi kun lämpötila on alle 0.8 K. Molemmat isotoopit muodostavat supranesteen matalissa lämpötiloissa, 4He alle 2.17 K, ja 3He alle 0.0025 K.
4He
on heliumin tavallisempi isotooppi. Kuvassa on sen olotilakaavio
matalissa lämpötiloissa. 4He on
nestemäisenä nollalämpötilassa kun paine on pienempi
kuin 2.5 MPa (suunnilleen 25 kertaa ilmakehän paine). Neste muuttuu
supratilaan, jota kutsutaan myös nimellä He-II, kun
lämpötila on alle 2.17 K (höyrynpaineessa).
Kiinteän heliumin rakenne on joko heksagonaalinen tiivis pakkaus
(hcp) tai tilakeskeinen kuutio (bcc).
Tässä kuvassa on 3He:n olotilakaavio. Huomaa
että lämpötila-asteikko on logaritminen. Piste oikealla
alhaalla kuvaa huoneen lämpötilaa ja painetta. Nesteellä
on kaksi erilaista supratilaa, A ja B.
Kiinteän olotilan sisällä kulkeva viiva osoittaa
olotilanmuutosta järjestyneen (vasemmalla) ja
järjestäytymättömän (oikealla) spintilan
välillä.
Erot 4He:n ja 3He:n välillä johtuvat kvanttimekaniikasta. 4He on "bosoni". Supratilan syntyminen siinä liittyy Bose-kondensaatioon, jossa makroskooppinen osuus atomeista asettuu yhteen "yksihiukkastilaan". 3He sen sijaan on fermioni, kuten elektronikin. Paulin kieltosäännön mukaan vai yksi fermioni voi olla yhdessä yksihiukkastilassa. Näissä supratila syntyykin siitä, että fermionit muodostavat heikosti sidottuja pareja, joita kutsutaan Cooperin pareiksi. Supratilassa makroskooppinen määrä pareja on samassa paritilassa.