氦气在空气中含量极为微小，是稀有气体之一。由于化学性质极不活泼，吸入氦气对身体并没有什么伤害。常见的变声整蛊道具是氦气和氧气的混合气体（氧气含量20%），之所以要在其中掺杂氧气，主要是为了避免出现窒息危险。
那么，人类吸入氦气后为什么会变声呢？这还要从人类发声的原理说起。人类的口腔和喉咙、包括下方的气管相互连接，形成内部充满空气的管状结构，其中包含发声器官——声带。在物理学上，这种内部含有气体的管可以抽象成气柱模型。
人类发声时，肺部气体通过气道，并在声带处发生共振，振动通过空气传出口腔，就形成了我们耳中听到的声音，其物理原理和气柱模型完全一样。由于声带和整个发声气道的共鸣效应，人类不费多大力气就能让自己发出足够清晰的声音。

相信大家都有过向长塑料管中吹气的经验，当气流速度达到一定程度时，管就会进入共振状态，管壁迅速抖动，同时产生尖利的哨音。从声学角度来说，我们也把这种能够发声的共振称为共鸣。无论是贯通管还是盲管，都会发生类似现象。而气柱模型要解决的问题就是什么条件下会发生共鸣。
根据物理学原理，管中气体发生共振（只考虑基本振动）的条件由f=v/L这个非常简单的公式来表达，其中f为共振频率，v为该气体中的声速，L为气柱的长度。而对于给定的气柱而言，L是恒定值，也就是说共振频率往往只和管内气体声速有关。气体声速受温度和压力影响，通常的室温、一个标准大气压下，空气中的声速大约是每秒340米。
而氦气中的声速在室温、一个大气压下约为每秒1000米，氧气约为每秒330米。一般的变声气体中氧气约占20%。由此可以算出变声用的氦氧混合气中声速为1000×0.8＋330×0.2＝866 米/秒，这一数字大约是空气中音速的2.5倍。产生的结果就是，当气道内充满了氦氧混合气，声带振动频率会达到平时的2.5倍。由于音调与振源的振动频率成正比，吸入氦气后音调就会因此升高。