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Eine besondere Rolle für die Beschreibung des Zustandes eines Stoffs spielt die Isotherme bei der Temperatur Tkn_t (für CO₂ 304.19 K oder 31.04 °C). Alle Isothermen unterhalb Tkrit verhalten sich wie beschrieben: Bei einem bestimmten Druck kondensiert das Gas zur Flüssigkeit, es bildet sich eine deutlich sichtbare Phasengrenze. Wenn die Kompression jedoch genau bei Tkn_t stattfindet, fallen die Volumina an jedem Ende der horizontalen Linie (d. h. E und C) in einem einzigen Punkt zusammen, dem kritischen Punkt des Gases; hier tritt keine Phasentrennung auf. Die Zustandsgrößen am kritischen Punkt heißen kritische Temperatur T_krit, kritischer Druck P_krit und kritisches molares Volumen V_m,krit oder zusammengefasst kritische Größen des Stoffs (Tabelle 1-5).

Bei und über T_krit findet man nur eine einzige Phase, die man definitionsgemäß Gas nennt. Das bedeutet: Oberhalb der kritischen Temperatur kann man eine Substanz nicht verflüssigen. Flüssigen Sauerstoff beispielsweise kann man bei Temperaturen über T_krit = 155 K nicht durch Kompression allein erhalten; man muss dazu die Temperatur erst unter 155 K absenken und dann isotherm komprimieren. Die einzelne Phase, die bei T > T_krit das gesamte Gefäßvolumen ausfüllt, kann eine viel größere Dichte aufweisen, als man normalerweise für ein Gas erwartet; man nennt sie überkritisches Fluid.