הטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית נקראת אפס מוחלט. בתיאוריה, חלקיקים תת אטומיים יאבדו את כל האנרגיה שלהם, ולכן אלקטרונים ופרוטונים יתאגדו במה שמכונה "מרק קוונטי". הטמפרטורה האפסית המוחלטת היא -273.15 ° C או 0 ° קלווין. בטמפרטורה זו רמת האנרגיה הפנימית של המערכת היא הנמוכה ביותר האפשרית, ולכן החלקיקים, על פי מכניקה קלאסית, אינם מציגים שום סוג של תנועה; עם זאת, על פי מכניקת הקוונטים, אפס מוחלט חייב להיות בעל אנרגיה שיורית, המכונה אנרגיית נקודת אפס. טמפרטורה זו מתפקדת כנקודת מוצא הן לסולם קלווין והן לרקין.
לורד קלווין שגילה את האפס המוחלט, וכדי להשיג אותו, הוא התבסס על העובדה שכאשר מקורר גז, נפחו יורד ביחס לטמפרטורתו. במילים אחרות, כל דרגת טמפרטורה שהגז יורד, מקטינה גם את נפחו באחוזים מסוימים, באופן זה הוא הצליח להסיק שבטמפרטורה של -273.15 מעלות צלזיוס הנפח יהפוך לאפס, משהו ככל הנראה לא יגיע מתרחשים בפועל, למרות הצהרה כזו, כמה דברים מעניינים קורים כאשר הטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט.
יש לציין כי לא ניתן להגיע לטמפרטורה של אפס מוחלט. הסיבה לכך היא שהחוק השלישי של התרמודינמיקה מציב לו גבולות. למרות זאת, בפועל החום שנכנס מ"העולם החיצון "הוא שמונע מהגעה לטמפרטורות נמוכות יותר בניסויים. נכון לעכשיו, כל הזמן מפתחים טכניקות וניסויים חדשים כדי להגיע לאפס מוחלט, אולם מה שמעניין באמת בגישה מסוג זה הוא שכל ניסיון מוביל להתפתחות המדע.
במערכת השמש הצליחו מדענים לאתר טמפרטורות נמוכות עד -240 מעלות צלזיוס באותם אזורים שנמצאים בצל קבוע, כמו למשל המכתשים שנמצאו בקוטב הדרומי של הירח. מצדה, ברחבי היקום, הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנרשמה עד כה יכולה להיות ממוקמת בערפילת בומרנג הממוקמת כמעט 5,000 שנות אור מצמח כדור הארץ, במיוחד בקבוצת הכוכבים של קנטאורוס, גזים שגורשו על ידי כוכב גוסס. הם הושקו במהירות והתקררו ל -1 קלווין.
