奥斯维辛集中营最令囚犯和外界犹太人胆战心惊的的是号称“死亡工厂”的毒气室和焚尸炉。使用毒气大规模地杀害重病人和犹太人，这并非奥斯维辛的专利，也不是其他集中营的发明。因为早在1939年底，T-4行动的医生护士们就已经在打着医院和疗养院招牌的“处决中心”，使用毒气杀害病人了。受害者数以万计。奥斯维辛和其他集中营、灭绝营所使用的毒气，不是“处决中心”使用过的造价比较昂贵的一氧化碳，也不是特列勃林卡等几家灭绝营使用的汽车废气（它杀死囚犯的速度太慢，而且性能不够稳定）。它所使用的是一种名叫齐克隆-B的氢氰酸类杀虫剂，经反复试验证明，它兼具杀人快速和成本低廉的优点。

齐克隆-B是一种用剧毒剂氢氰酸加工成的化学制剂，主要用于杀虫，形状呈黄豆大小的晶状体颗粒。在高温、潮湿的条件下，它能够将所含的高浓度的氢氰酸成分迅速分解释放；而氢氰酸是一种极为快速高效的毒剂，在1公升空气中只要含有0.12毫克，人体吸入即可致死。氢氰酸一经被人吸入，便能迅速破坏人体内的发酵作用，使红血球不能供氧，造成窒息而死；它同时还能导致并发头晕、呕吐、神经中枢损坏。如果空气中氢氰酸的含量较高，人体一经吸入就会立即死亡。大量向纳粹集中营供应齐克隆-B，可以给原本生意并不红火的杀虫剂生产厂家带来丰厚的利润。因此，他们积极参与了纳粹集中营对犹太人大屠杀的罪恶活动。向奥斯维辛和马伊达奈克等集中营提供齐克隆-B的生产企业是总部设在德国拿骚的德国杀虫剂有限公司(简称为德格奇公司)。1942—1943年该公司向奥斯维辛集中营提供的齐克隆-B由7,479公斤迅速增加到12,174公斤，从中所获纯利也从45,736马克增长到127,986马克。

1941年夏，受艾希曼派遣去特列勃林卡灭绝营考察大规模毒气杀人的霍斯，总结了克里斯蒂安·维尔特、鲁道夫·朗格等毒气专家使用一氧化碳、二氧化氮等毒气杀人的经验教训后，决定在第三帝国范围内率先使用齐克隆-B。他于同年9月3日，委派其副手党卫军上尉弗利奇，在主营11号囚室进行首次试验。试验受害者是从医院里挑出的250名波兰男性重病人，还有政治部送来的600名苏 军战俘。当他们全部被押进11号囚室的地下室后，刽子手们密封上窗户，从门口直接往室内投入齐克隆-B 晶体。24小时以后，一名党卫军士兵戴着面具走进室内观察，他发现仍有少数人还活着，便再次投入齐克隆-B晶体。又经过3个小时，所有的受害者才尽数死去。从此，11号囚室的地下室，也就成了奥斯维辛 集中营的第一个死刑毒气室，大规模屠杀苏军战俘也从此开端。霍斯对试验结果并不满意，他要求部下继续提高杀人的效率。至于改进的情况，霍斯4年后在纽伦堡法庭受审时有所交代：“后来有一次对900名苏军战俘的毒杀……那是在第一次试验后不久，在原先的焚尸场陈尸棚内进行的。当运送苏军战俘的军列到站，战俘们从车上走下来的时候，我们临时在陈尸棚的天花板上凿开几个小孔。战俘被分成几批，安静地走进去，他们以为要接受一次例行的消毒。最后一个战俘进去之后，沉重的门在他身后严严实实地关闭了。接着，一个党卫军士兵通过天花板上的小孔，把氢氰酸晶体投了进去。当我们往室内撒毒剂时，从陈尸棚里传出一阵阵喧哗声。几个战俘叫喊起来：“毒气，毒气”，接着听见恐怖的喊声，战俘们猛烈地撞门……几个小时以后，门才被打开。”此时，900名战俘全部变成了僵硬的尸体。霍斯承认，这是他头一次见到这么多人被毒剂毒死的场面，但他感到“工作上的满足和欣慰。因为我们很快就要开始更大规模地灭绝犹太人，而当时不论是我还是艾希曼，都在为此事发愁；直到那时，我们都还没有找到能够大规模处决囚犯的好办法。我们曾设想，要大规模处决犹太人，最好使用某种毒气，而不采用枪毙的办法。但采用何种毒气，具体使用何种办法，我们还不清楚。这次试验使我们明确了应该使用的毒气与使用它的具体办法……“此次试验使用的陈尸棚随后变成主营的第二座毒气室。1942年夏天比克瑙的现代化毒气室尚未运转之前，这两座由囚室或陈尸棚改建的毒气室，曾发挥了不小的作用。以后，霍斯又下令在比克瑙分营建立了两个由木板房改建的毒气室。经过技术改进，到1942年春，这4个毒气室均已达到在15—30分钟内杀死所有入内的受害者的水平。由于杀人规模相对有限，无须大型焚尸设施，故此直到1941年底，奥斯维辛主营才建造成第一座焚烧毒气受害者尸体的焚尸炉。

1942年夏天，希姆莱亲抵奥斯维辛主营视察，杀人规模从此大上档次。希姆莱批评奥斯维辛主营的毒气室过于简陋，大坑焚尸实在原始；他严令霍斯尽快建立现代化的大规模杀人设施，以适应即将到来的对犹太人的大屠杀高潮。根据帝国司令官的指示，奥斯维辛集中营的行政、建筑两大办公室急忙投入力量，加班加点地进行部署。他们挑选了德国艾尔富特市的托普夫父子公司作为供应厂家，由它承担在比克瑙分营建造4个特大型毒气室和焚尸炉的项目。根据苏联方面缴获的党卫军总部建工局的档案材料(奥斯维辛集中营自身的档案材料在其撤退前，已全部被销毁)，人们可以知晓这笔生意的订货情况：艾尔富特托普夫父子公司受托于1943年2月12日致电奥斯维辛集中营建筑管理处，事关第二集中营(比克瑙分营)安装焚尸炉。“贵方2月10日来电收?悉……?我们再次收到贵方要求提供5座三层焚尸炉的订货单，其中包括两座运送尸体的电动升降机和一座运送尸体的双层升降机。列入订单的还有一座以煤气为燃料的加热设备和一座清除骨灰的设备。贵方应交付3号焚尸炉的全套设备。我们期待贵方即着手建造上述机器和设备，设备务必于1943年4月10日投入使用。”然而，远水不解近渴。订货合同未及签字，从1942年3月起，运送犹太人的火车一列又一列地开到比克瑙。主营和分营的4间毒气室、一个焚尸场很快就显得不够使用，集中营当局于是采取应急措施，将分营内一座桦树林旁的两家已搬迁的农舍改造为毒气室，即后来的1号库和2号库。在这两座农舍之间修建了两间脱衣室。这两所农舍外面，则圈起高高的围墙。这样，又设置了4间毒气室，共可同时容纳2000人。为了遮人耳目，防止被处决的囚犯看穿真相，奋起反抗，集中营当局千方百计巧加掩饰：毒气室的正面立着一块大招牌，上面写着醒目的大字：消毒站。毒气室的入口则挂着通往淋浴室的牌子。党卫军刽子手们还假惺惺地发给每个囚犯小块肥皂，嘱咐他们千万别弄丢存衣柜的钥匙。如此，杀人的秘密往往能保持到最后一刻，囚犯们100回会有99回顺顺当当地走进“淋浴室”。当时，比克瑙还不通火车，待处决的男女老少犹太人，要靠卡车运到比克瑙。卡车在更衣室前面一停稳，几十个党卫军士兵就把犹太人立即赶下车，并告诉他们必须进行例行的消毒。随后，男子、妇女、儿童被分别领进更衣室或桦树林去脱光衣服，最后是一丝不挂的人群无一例外地走进“淋浴室”。如果有些犹太人，特别是害羞的少女，拒绝脱衣服，就会遭到枪托驱赶或狂吠不止的大狼狗的威胁。为避免犹太人可能的反抗，党卫军命令男子先进毒气室，抵抗力较小的妇女最后进入。这样，刽子手们关闭毒气室的大门时，就不会有什么障碍。关门、封窗之后，一名专司此业的党卫军士兵，就熟练地遵照命令，把足够的氢氰酸颗粒从投毒孔扔进去。犹太人在室内一般会喊叫、哭号、呻吟10分钟，半小时以后打开大门时，无论如何也见不到活人了。门一打开，特别工作队的囚犯就开始投入紧张的工作，把受害者的尸体全部拖出来，送往远处的焚尸坑内焚烧；用高压水龙冲掉地上和墙壁上的血污和粪便，再喷洒香水，把一切又恢复为“淋浴室”的样子。根据战后在焚尸场工作的一些战犯交代，灭绝犹太人的全过程——从把他们带进脱衣室，到毒死他们，拖走尸体，清理毒气室，总共需要不到两个小时的时间。每次被运到的两三千犹太人，在半天内分做两批，就可以并不费力地被消灭掉。即使如此高效的屠杀速度，仍不能为希姆莱所接受，他依然一再催促特大型灭绝设施尽快完工。

1942年秋天，计划中的现代化杀人工厂破土动工。依照合同，该项特大工程由托普夫公司负责承建，主要由集中营囚犯组成的建筑队负责施工。该项工程的平面图和施工计划是奥斯维辛主营的建筑办公室绘制、提供的，技术图纸早在1937年即已绘制完毕。这充分证明，纳粹高层领导集团灭绝犹太民族的罪恶由来已久，他们早就在暗中组织各方面的杀人专家和技术专家，极为详尽地制订了这项种族灭绝计划。