氢气在常温下化学性质稳定，稳定的化学性质主要决定于组成氢气的两个氢原子之间较强的共价键。
氢气具有可燃性。在点燃或加热的条件下，氢气很容易和多种物质发生化学反应。纯净的氢气在点燃时，可安静燃烧，发出淡蓝色火焰，放出热量，有水生成。若在火焰上罩一干冷的烧杯，可以烧杯壁上见到水珠。氢气在发生燃烧的浓度范围为4-74%，低于或超过这个浓度，即使在高压下也不会燃烧或爆炸。在氧气环境中，氢气的燃烧浓度范围4-94%。当氧气浓度低于4%时，即使在非常高的压力条件下，氢气和氧气的混合气都不会燃烧。人们利用氢气的这个特点把氢气用于潜水作业，也可以利用氢气这些特点设计安全呼吸氢气的设备。
氢气具有还原性。氢气的化学性质活泼，与氧发生化合反应生成水，容易发生燃烧和爆炸。可燃性也是氢气具有还原性的体现，是氢气还原氧气的性质所决定的。氢气不但能跟氧单质反应，也能跟某些化合物里的氧发生反应。例如：将氢气通过灼热的氧化铜，可得到红色的金属铜，同时有水生成。在这个反应里，氢气夺取了氧化铜中的氧，生成了水;氧化铜失去了氧，被还原成红色的铜，证明，氢气具有还原性，是很好的还原剂，氢气还可以还原其它一些金属氧化物，如三氧化钨、四氧化三铁、氧化铅和氧化锌等。
尽管氢气具有还原性，不等于氢气在溶液中或生物体内也具有同样的性质，例如氢气和氧气发生燃烧需要氢气的浓度为4%以上，燃点为400℃。在人体环境下，氢气即使在纯氢的环境下，溶解浓度也只有1.8%，而由于机体温度只有37℃，这种条件距离氢气和氧气发生反应的条件非常远，因此氢气和氧气在人体内无法发生反应。这正是长期以来人们把氢气作为生理学惰性气体的重要原因。
氢气不仅具有还原性，也具有氧化性。氢气是由氢原子共价形成的双原子分子，而每个氢原子可以分别获得一个电子形成负氢离子，这种情况见于和强还原性金属发生反应，其作用类似于氯气，在这类反应中氢气属于氧化剂，可以氧化金属为金属离子。严格意义上讲，氢气和金属反应的产物为氢化物，这种物质的特点是具有强还原性，非常容易与水发生反应释放大量氢气。
