氫氣在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)主要取決于組成氫氣的兩個(gè)氫原子之間較強(qiáng)的共價(jià)鍵。
 

氫氣具有可燃性。在點(diǎn)燃或加熱的條件下，氫氣可與氧氣等氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。純凈的氫氣在空氣或者氧氣環(huán)境中點(diǎn)燃后可安靜燃燒，產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，放出熱量并生成水。若在火焰上罩一干冷的燒杯，可在燒杯壁上見到水珠。氫氣在空氣中發(fā)生燃燒或爆炸的濃度范圍為4%~74%，在氧氣環(huán)境中發(fā)生燃燒爆炸的濃度范圍為4%~94%。氫氣在低于4%或超過94%的濃度條件下，即使有火花存在或者在高壓條件下，也不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。人們利用氫氣的這個(gè)特點(diǎn)，研發(fā)設(shè)計(jì)呼吸高壓氫氣的設(shè)備用于潛水作業(yè)。1975年，美國學(xué)者在利用高壓氫氣改善癌癥的研究中，給動(dòng)物吸入8個(gè)大氣壓97.5%氫氣、2.5%氧氣(相當(dāng)于常壓環(huán)境的20%濃度，可以保證動(dòng)物正常呼吸)的混合氣體就是根據(jù)這個(gè)道理。
 

氫氣具有還原性，可燃性也是氫氣具有還原性的體現(xiàn)，是氫氣還原氧氣的性質(zhì)所決定的。氫氣不但能與氧單質(zhì)反應(yīng)，也能與某些化合物里的氧發(fā)生反應(yīng)。例如氫氣通過灼熱的氧化銅，可得到紅色的金屬銅，同時(shí)有水生成。在這個(gè)反應(yīng)里，氫氣奪取了氧化銅中的氧，生成了水;氧化銅失去了氧，被還原成紅色的銅，這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常用于證明氫氣具有還原性。氫氣還能還原其他金屬氧化物，如四氧化三鐵和氧化鋅等。
 

氫氣具有可燃性，氫氣與氧氣發(fā)生燃燒化合反應(yīng)需要?dú)錃鉂舛葹?%以上，燃點(diǎn)為400℃。人的體核溫度只有37℃左右，距離氫氣與氧氣發(fā)生燃燒化合反應(yīng)的條件非常遠(yuǎn)。因此認(rèn)為氫氣與氧氣在人體內(nèi)無法發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是長(zhǎng)期以來把氫氣作為生理學(xué)惰性氣體的重要原因。但是，不能簡(jiǎn)單用化學(xué)性質(zhì)來理解生物化學(xué)反應(yīng)，生命體內(nèi)的生化反應(yīng)需要大量蛋白酶的催化，并經(jīng)過多種步驟來實(shí)現(xiàn)。人類等哺乳動(dòng)物腸道內(nèi)以及土壤里的多種細(xì)菌都能合成氫氣并代謝利用氫氣(如產(chǎn)甲烷菌可以利用氫氣和二氧化碳合成甲烷)，氫氣產(chǎn)生和代謝的過程時(shí)刻發(fā)生在人類腸道微生物中。一些低等動(dòng)物和植物也具有這樣的能力。生物制氫氣也是氫能源領(lǐng)域的重要研究方向，藍(lán)藻等細(xì)菌在光照情況下的光合制氫作用可為人類提供大量能源用氫氣。因此，氫氣絕對(duì)是一種典型的生物氣體分子，其地位不低于氧氣、二氧化碳、一氧化氮等重要生物分子。
 

氫氣不僅具有還原性，也具有氧化性。氫氣是由氫原子共價(jià)形成的雙原子分子，每個(gè)氫原子都可以單獨(dú)獲得一個(gè)電子形成氫負(fù)離子，這種情況見于氫氣在高溫高壓下與強(qiáng)還原性金屬發(fā)生的反應(yīng)，此時(shí)氫氣的作用類似于氧氣，氫氣屬于氧化劑，可把金屬氧化為金屬離子。氫氣與金屬反應(yīng)的產(chǎn)物為金屬氫化物，金屬氫化物具有極強(qiáng)還原性，非常容易與水發(fā)生反應(yīng)釋放大量氫氣。某些金屬氫化物可以作為儲(chǔ)存氫氣的理想材料，有人利用氫化鈣和氫化鎂為原料開發(fā)了一系列的氫氣功能食品。