氢气医学效应的内在机制研究是氢气医学的热点和重点，太田教授的文章初步证明，溶解在细胞培养基的氢气具有选择性清除羟自由基的作用，但对其他具有生理功能的自由基，如过氧化氢、一氧化氮和超氧阴离子等都没有显著影响。这种只清除有毒自由基，不影响具有信号功能的自由基的特性称为氢气的选择性抗氧化效应。根据谷歌学术上的引用情况，氢气医学目前发表学术论文1500篇左右，这些论文发现氢气对180多种人类和动物疾病模型具有改善效果，证明氢气可能通过信号分子调节、蛋白磷酸化和基因表达调控等内在机制发挥作用。
氢气医学研究从开始发展就面临巨大的挑战，大家对具有医学作用的气体(称为医学气体)了解不多且存在很多质疑，例如最著名的医学气体一氧化氮，在开始发现它具有生理作用时，就曾被认为是错误的研究结论，后来经过漫长的时间才被广泛认可和接受。1992年《科学》杂志将一氧化氮评选为明星分子，主要原因就是这种普通气体具有广泛且重要的生物学效应。除了一氧化氮以外，一氧化碳和硫化氢也被证明是具有重要生物学作用的气体分子。
与上述三种经典医学气体相比，氢气具有生物学作用的观点更难以被人们接受。因为氢气的结构非常简单，而且化学活性低，没有极性，具有很强的扩散性，这些特征导致氢气不太可能拥有特异性受体结构，或者说氢气很难特异性地结合某些蛋白质结合位点。但是从生物进化角度看，氢气具有生物学效应理所当然。氢元素是宇宙最主要的组成成分，也是宇宙最早出现的元素，氢元素也是水和有机分子的最基本元素，是地球生命起源的关键物质，没有氢元素和氢气就不可能出现地球生命。氢气在生物进化过程中也发挥至关重要的作用，在长期进化过程中，植物和动物体内都存在一定浓度的氢气，植物、动物与产氢细菌存在互惠关系，也有研究发现植物细胞本身就具有制造氢气的能力。理论上作为氢气产生的关键酶，细菌氢化酶在动物包括人类的后裔分子中，可能还保留着特异性作用靶点，更有可能的是，人类等真核生物已经进化出对氢气分子更高效的感受方式。
中国有句谚语，“是药三分毒”，意思是所有药物都有毒性。但医学研究者总是渴望找到一种具有改善作用且没有任何毒性的药物，氢气似乎符合这种标准。大部分研究人员开始对氢气有兴趣是因为氢气能改善疾病，随着对氢气医学效应研究的深入，许多学者逐渐意识到安全性才是氢气更让人激动的特征。氢气不仅有效而且高度安全，这意味着氢气可以很快得到广泛应用，实现这一目标的关键条件是要有足够多的有识之士认识到氢气的这些品质，这需要对氢气深入研究并广泛开展氢气医学宣传教育。希望全体科研人员、氢气健康产业从业人员和普通爱好者团结起来，共同致力于这一项对人类健康有重大价值的事业。需要清醒认识到，虽然目前已有超过千篇的同行评议学术论文和数千名规模的学者队伍，但是氢气医学研究的规模和深度都还远远不足，仍然需要政府、企业和学术界等各方面的大力帮助和支持，加快探索氢气医学效应机制的步伐和确定临床应用的精准范围和领域。
氢气医学研究已经成为一个国际热点，考虑到氢气几乎没有任何毒性，通过饮水、吸入等方式摄取少量氢气就可以对某些疾病发挥改善作用，虽然进入临床应用尚需要做许多工作，但氢气在改善人类健康状况方面的巨大潜力将不可估量。
