氦-3等同位素氣體的分離方法主要有氣體擴(kuò)散、離子交換、氣體離心、蒸餾、電解、電磁、電流等，其中氣體擴(kuò)散最為成熟。濃縮的使用涉及同位素分離過程，以增加元素的比同位素豐度，例如從天然鈾生產(chǎn)濃縮鈾或從普通水生產(chǎn)重水。

氣體擴(kuò)散法 ) 這是第一個(gè)商業(yè)開發(fā)的濃縮方法。這一過程取決于不同質(zhì)量的同位素轉(zhuǎn)化成氣體時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度差異。在氣體擴(kuò)散的每個(gè)階段，當(dāng)高壓氣體通過多孔鎳膜時(shí)，氣體中的輕分子氣體通過多孔膜壁的速度更快，多孔鎳膜依次安裝在級(jí)聯(lián)中。這種抽水過程耗電量很大。然后，通過膜管的氣體被泵送至下一級(jí)，而膜管中剩余的氣體則返回至下一級(jí)進(jìn)行再循環(huán)。在每個(gè)階段，濃度比只略有增加。在反應(yīng)堆級(jí)濃縮鈾235需要超過1000級(jí)。

氣體離心 ) 在這個(gè)過程中，氣體被一系列高速旋轉(zhuǎn)的圓柱體或離心機(jī)壓縮。同位素重分子氣體比輕分子氣體更容易在氣缸壁附近聚集。靠近軸線的富集氣體被出口并送往另一臺(tái)離心機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步分離。當(dāng)氣體通過一系列離心機(jī)時(shí)，其同位素分子逐漸富集。與氣體擴(kuò)散法相比，氣體離心法所需的電能要少得多，因此已被大多數(shù)新型選礦廠采用。

2022年，中國(guó)科學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月球土壤顆粒中的氦原子進(jìn)行了檢測(cè)和研究，發(fā)現(xiàn)月球土壤中的鈦鐵礦顆粒表面有一層非晶玻璃。根據(jù)科學(xué)研究小組的最新研究，機(jī)械研磨法應(yīng)能在室溫下提取儲(chǔ)存在氣泡中的氦-3，而無需高溫加熱。