Helium adalah unsur kimia dengan nomor atom 2, artinya atom helium netral memiliki dua proton dan dua elektron. Sifat kimia yang paling penting dari helium termasuk massa atom, keadaan materi, titik didih dan leleh, dan kepadatan. Unsur ini memiliki massa atom 4.0026 gram per mol dan merupakan gas pada hampir semua suhu dan kondisi tekanan. Massa jenis helium adalah 0.1786 gram per liter pada 32°F (0.0°C) dan 101.325 kilopascal (kPa).
Helium cair dan padat hanya dapat ada dalam kondisi tekanan tinggi suhu sangat rendah. Salah satu sifat yang tidak biasa dari helium adalah bahwa ia tidak dapat eksis sebagai padat atau cair pada tekanan normal, bahkan pada suhu yang sangat rendah. Pada tekanan sekitar 360 pon per inci persegi (2.5 megapascal), transisi antara cair dan padat, atau titik leleh, adalah -458°F (0.95 Kelvin). Titik didihnya adalah -452°F (4.22 Kelvin).
Beberapa sifat helium membuatnya menjadi subjek studi yang menarik dan umum dalam mekanika kuantum. Karena nomor atomnya yang rendah, ia merupakan atom paling sederhana kedua setelah hidrogen. Prosedur matematika dapat digunakan untuk menganalisis perilaku partikel subatomik – proton, elektron, dan neutron – di dalam atom helium. Metode seperti itu tidak dapat, bagaimanapun, menentukan perilaku partikel-partikel ini dengan kepastian yang mutlak. Atom dengan nomor atom lebih besar, yang memiliki lebih banyak partikel subatom, cenderung lebih sulit untuk dikerjakan dalam analisis mekanika kuantum.
Helium adalah yang paling tidak reaktif dari semua elemen. Sifat nonreaktif helium muncul dari fakta bahwa helium adalah gas mulia paling ringan yang umumnya tidak reaktif. Gas mulia memiliki kulit elektron “penuh”, yang berarti bahwa ia tidak dapat dengan mudah memberi atau menerima elektron dalam reaksi kimia. Pertukaran atau berbagi elektron adalah dasar untuk sebagian besar reaksi kimia, sehingga gas mulia cenderung berpartisipasi dalam beberapa reaksi kimia. Selain itu, helium hanya memiliki dua elektron yang dapat berpartisipasi dalam reaksi sama sekali, sementara semua gas mulia lainnya — dan memang, semua elemen selain hidrogen — memiliki lebih banyak.
Ada banyak kegunaan berbeda untuk helium yang muncul dari sifat kimia helium — terutama bobotnya yang ringan, kualitas suhu dan tekanannya, dan reaktivitasnya yang rendah. Helium, misalnya, jauh lebih ringan daripada udara, sehingga sering digunakan untuk mengisi balon agar bisa mengapung dan kapal udara seperti balon udara agar bisa terbang. Helium cair, yang hanya dapat ada pada tekanan ekstrim dan pada suhu yang sangat rendah, digunakan sebagai pendingin untuk superkonduktor, yang hanya memiliki sifat sangat konduktif pada suhu yang sangat rendah.