氦-3等同位素氣體的分離主要方法有氣體擴散法離子交換法、氣體離心法，另外還有蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等，其中以氣體擴散法最成熟。“濃縮”的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分離過程，例如從天然鈾生產濃縮鈾或從普通水生產重水。

氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當高壓氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時，其輕分子氣體的氣體更快地透過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已透過膜管的氣體隨後被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低階進行再迴圈。在每一級中，濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235丰度需要1000級以上。

氣體離心法——在這類工藝中，氣體被壓縮透過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。同位素重分子氣體比輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被匯出，並輸送到另一臺離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。