Les trois types de transfert de chaleur (conduction, convection, rayonnement) peuvent garantir un échange thermique efficace. Toutefois, les caractéristiques physiques des matériaux et des fluides varient de façon non linéaire, ce qui complique l'évaluation des différents flux. Il est donc indispensable de connaître le comportement des matériaux et des fluides pour réaliser le bilan thermique d'un cryosystème.

Les propriétés électriques, thermiques et mécaniques des matériaux peuvent varier de plusieurs ordres de grandeur dans le domaine cryogénique. Les matériaux les plus utilisés sont les métaux et les alliages métalliques. L’utilisation des plastiques reste limitée du fait de leur fragilité. En revanche, les composites de type résine epoxy et fibres de verre présentent une résistance mécanique suffisante pour des applications en cryogénie.