氢气在水和身体内溶解度非常小，决定了无论什么方式，能进入身体内的氢气绝对量非常少，或者使用氢气时一般剂量比较小，虽然剂量小，但无论是动物实验研究，还是人体临床研究，氢气都表现出非同小可的效果。剂量小，效果好，是氢气比较诡异的表现，那么这背后到底什么道理，让我们来分析分析。
一、氢气扩散能力强大。
一般我们讲扩散能力是说氢气能在身体内自由扩散，这让氢气发挥作用的可能性增加，更重要的是氢气在分子内部的扩散能力，就是氢气能进入分子内部发挥作用。想一下孙悟空进入铁扇公主肚子里的效果，就知道氢气这种气体进入分子内作用的强大了。
氢气的扩散能力强大，能非常容易跨过细胞膜，所以氢气能进入大脑，能进入视网膜，能进入耳蜗，也能进入关节韧带，等许多药物分子难以进入的人体组织内部。这是氢气能产生效应的重要基础。
更重要的是，氢气这种小分子能扩散到生物分子内部。生物体内存在大量大分子，例如许多蛋白质核酸脂肪分子都是非常大的分子，这些分子不仅是生物组织的结构成分，也是参与多种重要功能的成员，这些分子受到氧化损伤也是导致疾病的分子基础。但是由于自由基也往往是小分子，能随机分子内部，或者说是亚分子结构，产生氧化损伤。一般蛋白质维生素等主要的大分子抗氧化物质，不容易扩散深入到这些分子内部。一方面分子氧化损伤部位隐蔽，另一方面抗氧化物质难以到达，这导致体内抗氧化系统的失效。氢气则具有深入分子内部的扩散能力，能保护这些细胞分子，避免这种氧化损伤的发生。所以扩散能力强不仅是氢气发挥作用的条件，也是产生作用的基础。
二、氢气选择性抗氧化作用。
氢气具有选择性抗氧化，这也给氢气小剂量大效应提供条件。因为生物体内活性氧主要的类型是有功能的活性氧，这些活性氧具有生理功能，并不是导致氧化损伤的主要因素。但是少量毒性强的自由基才是导致氧化损伤的根本。氢气对这少数毒性强自由基有作用，因为这种自由基数量少，不需要非常多氢气来中和了。这就好比用突击队去打击敌人的司令部，少数士兵少数装备精准打击就可以完成任务，因为打击的目标重要，产生的效果就非常好了。
三、气体剂量的相对性。
如果从绝对溶解量来说，氢气似乎剂量比较小。但是气体生物学效应决定于这种气体的分压，氢气在产生作用时，其生物体内分压并不低。我们都知道，氧气是重要的生物气体，氧气的溶解度也很低，但生物体有一套能帮助氧气运输的分子，就是血红素蛋白，最著名是血红蛋白和肌红蛋白，其实细胞内的各种细胞色素几乎都含有血红蛋白，这些分子都能帮助运输和存储氧气。这当然有利于氧气运输，但同时也会导致氧分压下降。这好比到处都是能吸水的海绵，这会减少能流动的水。在动脉血管内，氧分压比较高，新冠肺炎患者需要用氧分压表示呼吸功能就是测定的这个指标。但在氧气使用的部位，就是细胞线粒体内，正常氧气分压也非常低。当然根本原因是线粒体不断代谢消耗氧气，但导致氧分压下降的一个重要因素就是氧气结合蛋白的缓冲效应。
氢气在身体内没有结合蛋白。氢气结合少数自由基消耗的绝对量比较少。这导致氢气分压在身体内能维持比较高的水平。特别是在细胞内氢气分压的维持比较高，这给氢气发挥生物学效应提供了可能。
