Sifat-sifat hidrogen termasuk bahwa, dalam keadaan alaminya di Bumi, ia adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau yang sangat mudah terbakar. Ini adalah elemen paling ringan yang diketahui ada di alam, mengambil rata-rata 75% dari semua massa di alam semesta dalam bintang, planet, dan objek bintang lainnya. Hidrogen juga penting untuk semua kehidupan di Bumi, di mana ia membentuk 14% dari berat materi hidup, karena mudah membentuk ikatan dengan oksigen untuk menciptakan air dan karbon untuk menciptakan molekul yang menjadi dasar struktur hidup dan sebagian besar molekul organik. dibangun.
Sementara bentuk hidrogen yang paling melimpah adalah protium, di mana ia hanya memiliki satu proton dalam inti atomnya dan satu elektron dalam orbit di sekitar inti, dua isotop hidrogen lainnya juga ada. Protium menyumbang 99.985% dari semua hidrogen alami, dan deuterium menyumbang hampir 0.015% lainnya yang memiliki proton dan neutron dalam inti atom, yang memberinya massa dua kali lipat dari protium. Tritium adalah bentuk ketiga dari hidrogen, yang sangat langka di alam, tetapi dapat diproduksi secara artifisial. Ini tidak stabil dan menunjukkan peluruhan radioaktif dengan waktu paruh 12.32 tahun. Ini memiliki dua neutron dalam inti atom untuk satu proton, dan merupakan senyawa kunci yang diproduksi dan digunakan dalam senjata bom hidrogen untuk meningkatkan hasil mereka, serta dalam produksi energi fisi nuklir, dan dalam penelitian fusi nuklir.
Sifat kimia hidrogen, dengan hanya satu elektron di orbit, membuatnya menjadi elemen yang sangat reaktif yang membentuk ikatan dengan banyak elemen lainnya. Dalam keadaan alaminya di atmosfer, ia mengikat atom hidrogen lain seperti halnya oksigen, untuk membentuk H2. Molekul H2 juga bisa unik tergantung pada spin inti mereka, dengan molekul H2 di mana kedua inti berputar dalam arah yang sama disebut ortohidrogen, dan yang memiliki spin berlawanan dikenal sebagai parahidrogen. Ortohidrogen adalah bentuk paling umum dari H2 pada tekanan dan suhu atmosfer normal dalam bentuk gas, tetapi, ketika didinginkan menjadi bentuk cair seperti untuk bahan bakar roket, ortohidrogen berubah menjadi parahidrogen.
Sifat fisik hidrogen dan kelimpahannya yang tersebar luas di darat dan di lautan bumi menjadikannya area penelitian yang penting sebagai pasokan bahan bakar yang hampir tak terbatas. Semua bentuk bahan bakar berbasis fosil dan alkohol seperti bensin, gas alam, dan etanol terdiri dari rantai hidrokarbon di mana hidrogen, karbon, dan terkadang oksigen terikat bersama. Memisahkan hidrogen murni sebagai sumber bahan bakar yang melimpah dan terbakar bersih itu sendiri mudah dilakukan, tetapi gaya yang diperlukan untuk memutuskan hidrogen bebas dari ikatan kimia dan kemudian mendinginkannya untuk penyimpanan seringkali membutuhkan lebih banyak energi daripada yang dapat dihasilkan oleh hidrogen murni itu sendiri. Untuk alasan ini, sifat-sifat hidrogen berarti bahwa kegunaannya yang paling umum adalah di mana ia ditemukan dalam ikatan kimia dengan unsur-unsur lain.
Penelitian produksi energi fusi juga bergantung pada sifat kimia dari senyawa hidrogen deuterium dan tritium. Sifat hidrogen yang digunakan oleh semua bintang menggabungkan atom hidrogen di bawah tekanan kuat untuk melepaskan helium dan energi dalam bentuk cahaya dan panas. Tekanan serupa sedang dihasilkan di fasilitas penelitian menggunakan medan magnet yang kuat, laser kurungan inersia, atau pulsa listrik di AS, Eropa, dan Jepang.
Saat peleburan atom hidrogen terjadi, atom helium dibuat yang membawa 20% kelebihan energi dari proses, dan 80% energi dibawa oleh neutron bebas. Energi atau panas neutron ini kemudian diserap oleh fluida untuk menghasilkan uap dan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Prosesnya masih eksperimental, namun, pada 2011. Hal ini disebabkan oleh tekanan luar biasa yang perlu dipertahankan untuk menyatukan atom hidrogen secara terus menerus dan untuk membuat mesin yang dapat bertahan pada suhu yang dihasilkan dalam fusi yang mencapai 212,000,000° Fahrenheit (100,000,000° Celcius ).