氢气医学的奠基性工作是2007年日本医科大学太田成男教授课题组的研究，发现微量氢气具有选择性抗氧化效应，少量氢气吸入对动物脑组织缺血再灌注后细胞氧化损伤具有改善作用。这一开创性研究彻底颠覆了过去人们对氢气属于生理惰性气体的传统看法，为氢气的医学应用研究打开了一扇窗口，从此氢气医学研究和产业化进程迅速发展。但现在氢气医学临床和理论研究仍然处于瓶颈阶段，氢气医学被学术界广泛认可和进入临床实际应用还有困难和不确定性。这些问题给氢气医学带来挑战，也为氢气医学研究者提供了努力的方向和前进的动力。
氢气医学早期研究主要是对氧化应激相关急性和慢性器官损伤的研究，例如重要器官(心、脑、肝、肾)缺血再灌注损伤和药物毒性损伤等动物实验研究，这个阶段主要是用不同损伤模式验证《自然医学》研究论文中发现的吸入氢气抗氧化损伤作用。
2009-2012年期间，开始有大量氢水饮用和氢水注射的研究，也有通过肠道菌群增加氢气供应的研究。该时期主要研究是采用不同给氢方法验证氢气医学效应。一些临床研究是关于氢水改善疾病的，早期主要包括糖尿病、代谢综合征、帕金森病、类风湿关节炎、运动损伤、血液透析和皮肤病。该时期临床研究多属于规模小的初步临床研究。
在前期研究基础上，近几年氢气医学研究在分子水平上有了一定深入，尤其在炎症相关信号分子、氧化损伤相关分子细节和基因调节方面。在对氢气作用机制的认识上，开始对选择性抗氧化进行反思，不仅有学者提出质疑，也有人提出氢气能诱导内源性抗氧化，这是对选择性抗氧化的补充或修订，也有学者提出氢气具有信号作用的设想，但证据并不充足。
在研究方法方面，有学者利用氟标记技术证明氢气在体内的利用率远高于过去的猜测，提示氢气可能会参与代谢过程，甚至给细胞提供能量，这对于理解氢气的医学效应具有颠覆性价值，可惜一直没有后续研究。临床研究则更多集中在2016年以后，研究规模也逐渐增大，如证明氢水饮用对血脂异常的调节作用;吸入氢气能促进急性脑缺血和心肌梗死脑心功能后期恢复;氢水能预防阿尔茨海默病，改善反流性食管炎;氢水沐浴对牛皮癣有改善效果;多项研究验证氢水透析能减少血液透析副作用，对腹膜透析后硬化也可能有预防价值;日本学者发现氢气吸入能增强晚期大肠癌患者和小细胞肺癌患者抗肿瘤免疫功能，改善患者预后。
