氢气对细胞凋亡信号通路具有影响，减少组织缺血导致的细胞凋亡，但能促进癌症细胞凋亡的发生，这看起来也存在矛盾，为什么同样是凋亡，氢气为什么对肿瘤细胞和缺血组织细胞存在完全相反的效应。产生这种效应的原因可能是氢气对免疫系统的影响，特别是氢气具有提高抗肿瘤免疫功能的作用。所以氢气对肿瘤细胞的效应可能是间接效应，而非直接效应。
当然在解决癌症改善副作用方面，例如辐射损伤是一种典型的自由基增加氧化损伤，这是抗氧化能手氢气擅长的作用。所以氢气对放射改善导致的副作用具有合理性。有研究发现，给放射改善的癌症患者饮用氢水能显著改善生活质量也佐证了这一推测。
化疗是癌症的经典改善方法，但许多化疗药物存在明显的毒性作用，例如顺铂对各种肿瘤的改善效果明确，但大剂量改善受到肾毒性作用限制。顺铂毒性和刺激细胞活性氧产生有关，因此长期以来一直探索抗氧化预防其副作用。动物实验结果表明，吸入氢气和饮用氢水都能显著降低顺铂改善引起的小鼠死亡率、缓解体重下降和肾脏毒性，更可贵的是氢气不不影响顺铂抗肿瘤效应。
氢水保护化疗药物器官损伤方面，也有研究发现氢水能减少阿霉素的心脏毒性，由于阿霉素对器官的细胞毒性，如心脏和肝脏，所以阿霉素的使用受到限制。在阿霉素大鼠模型中，研究发现氢水能抑制炎症性TNF-α/IL-6通路，并减弱心脏和肝脏等器官的细胞凋亡。最近听浙江大学王福弟教授介绍铁死亡和阿霉素心脏毒性存在密切关系，而铁死亡是一种典型的氧化细胞死亡方式，特别重要的是因为依赖铁离子，可能羟基自由基是铁死亡的核心过程。氢气作为一种选择性羟基自由基中和剂，可能是铁死亡的专用工具。
北京工业大学马雪梅教授课题组，研究发现氢气对癌症干细胞有干预作用，干细胞不仅是正常组织损伤保护的重要基础，也是肿瘤发生和复发的重要原因。考虑到氢气效应的非专一性特点，氢气通过影响肿瘤干细胞可能是氢气对许多肿瘤产生改善效果的共同基础。
自发肝癌小鼠模型研究发现，氢水能预防原发性肝癌的发生。最近研究发现氢气对胶质母细胞瘤具有改善效应。胶质母细胞瘤的侵袭性是手术切除难以有效改善的关键问题，氢气吸入抑制胶质母细胞瘤肿瘤生长，延长胶质母细胞瘤小鼠的生存时间。
在最近的一项研究数据显示，肺癌转移患者中，氢气单药改善可显著有效控制肿瘤。在皮肤老化和皮肤癌方面，一些药物可以通过抗氧化活性来保护皮肤免受紫外线辐射引起的损伤。氢水可防止紫外线诱导的活性氧产生，抑制白细胞介素-6和白细胞介素-1β等促炎细胞因子基因表达。高浓度氢水处理后，细胞1型胶原合成增加。
在异种移植小鼠模型中，饮用富氢水可以减少子宫内膜肿瘤的体积和重量，分子机制研究发现氢气通过ROS/NLRP3/caspase-1途径诱导细胞凋亡。本研究表明，氢气刺激子宫内膜细胞可导致细胞NLRP3激活。然而，活性氧本身对肿瘤的作用尚存在不同方向，既具有促肿瘤作用，也具有抑肿瘤作用。从促肿瘤和抑制肿瘤的角度，有研究表明氢气对肿瘤、凋亡和自噬的调控机制之间存在干扰。自噬具有促进和抑制肿瘤的双重作用，有助于癌细胞的发生和增殖。氢气通过调节自噬在包括癌症在内的多种疾病中发挥保护作用。氢气通过抑制p38 MAPK信号通路抑制脓毒症大鼠肺泡上皮细胞的自噬从而减轻肺损伤。然而，近期的一些损伤模型研究仍存在争议，需要进一步的研究。综上所述，氢气具有预防和改善作用。
氢气可以降低氧化应激，发挥抗炎症作用，并作为细胞凋亡的调节剂。除了清除羟基自由基的直接作用外，氢气生物学作用可归因于信号转导的调节和基因表达的改变。氢气疗法中的许多细胞机制仍不清楚，当然是因为这种气体与假定分子发生反应。此外，线粒体能量代谢与氢气代谢分布的关系尚未完全建立。使用氢气最大优点是其穿透生物膜的能力和与其使用相关的轻微副作用。氢气和不同类型的氢气供体可能代表癌症改善的新改善策略。
