氦氣在空氣中含量極為微小，是稀有氣體之一。由于化學性質極不活潑，吸入氦氣對身體并沒有什么傷害。常見的變聲整蠱道具是氦氣和氧氣的混合氣體（氧氣含量20%），之所以要在其中摻雜氧氣，主要是為了避免出現窒息危險。
那么，人類吸入氦氣后為什么會變聲呢？這還要從人類發聲的原理說起。人類的口腔和喉嚨、包括下方的氣管相互連接，形成內部充滿空氣的管狀結構，其中包含發聲器官——聲帶。在物理學上，這種內部含有氣體的管可以抽象成氣柱模型。
人類發聲時，肺部氣體通過氣道，并在聲帶處發生共振，振動通過空氣傳出口腔，就形成了我們耳中聽到的聲音，其物理原理和氣柱模型完全一樣。由于聲帶和整個發聲氣道的共鳴效應，人類不費多大力氣就能讓自己發出足夠清晰的聲音。

相信大家都有過向長塑料管中吹氣的經驗，當氣流速度達到一定程度時，管就會進入共振狀態，管壁迅速抖動，同時產生尖利的哨音。從聲學角度來說，我們也把這種能夠發聲的共振稱為共鳴。無論是貫通管還是盲管，都會發生類似現象。而氣柱模型要解決的問題就是什么條件下會發生共鳴。
根據物理學原理，管中氣體發生共振（只考慮基本振動）的條件由f=v/L這個非常簡單的公式來表達，其中f為共振頻率，v為該氣體中的聲速，L為氣柱的長度。而對于給定的氣柱而言，L是恒定值，也就是說共振頻率往往只和管內氣體聲速有關。氣體聲速受溫度和壓力影響，通常的室溫、一個標準大氣壓下，空氣中的聲速大約是每秒340米。
而氦氣中的聲速在室溫、一個大氣壓下約為每秒1000米，氧氣約為每秒330米。一般的變聲氣體中氧氣約占20%。由此可以算出變聲用的氦氧混合氣中聲速為1000×0.8＋330×0.2＝866 米/秒，這一數字大約是空氣中音速的2.5倍。產生的結果就是，當氣道內充滿了氦氧混合氣，聲帶振動頻率會達到平時的2.5倍。由于音調與振源的振動頻率成正比，吸入氦氣后音調就會因此升高。