Svojstva vodika uključuju da je, u svom prirodnom stanju na Zemlji, plin bez boje i mirisa koji je izuzetno zapaljiv. To je najlakši element za koji se zna da postoji u prirodi, zauzimajući u prosjeku 75% ukupne mase u svemiru u zvijezdama, planetima i drugim zvjezdanim objektima. Vodik je također neophodan za sav život na Zemlji, gdje čini 14% žive tvari po težini, jer lako stvara veze s kisikom kako bi stvorio vodu i ugljik kako bi stvorio molekule koje su osnova na kojoj žive strukture i većina organskih molekula. su izgrađene.
Dok je najzastupljeniji oblik vodika protij, gdje ima samo jedan proton u svojoj atomskoj jezgri i jedan elektron u orbiti oko jezgre, postoje i dva druga izotopa vodika. Procij čini 99.985% cjelokupnog prirodnog vodika, a deuterij čini još gotovo 0.015% koji ima i proton i neutron u atomskoj jezgri, što mu daje masu koja je dvostruko veća od mase protija. Tricij je treći oblik vodika, koji je iznimno rijedak u prirodi, ali se može proizvesti umjetno. Nestabilan je i pokazuje radioaktivni raspad s poluživotom od 12.32 godine. Ima dva neutrona u atomskoj jezgri za jedan proton, i ključni je spoj koji se proizvodi i koristi u oružju vodikovih bombi kako bi se povećao njihov prinos, kao i u proizvodnji energije nuklearne fisije i u istraživanju nuklearne fuzije.
Kemijska svojstva vodika, sa samo jednim elektronom u orbiti, dovode ga do toga da je vrlo reaktivan element koji stvara veze s mnogim drugim elementima. U svom prirodnom stanju u atmosferi, vezuje se za drugi atom vodika kao i kisik, stvarajući H2. Molekule H2 također mogu biti jedinstvene ovisno o okretanju njihovih jezgri, pri čemu se molekule H2 gdje se obje jezgre vrte u istom smjeru nazivaju ortohidrogen, a one s suprotnim spinovima poznate kao paravodik. Ortovodik je najčešći oblik H2 pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi u plinovitom obliku, ali, kada se ohladi u tekući oblik kao što je za raketno gorivo, ortovodik prelazi u paravodik.
Fizička svojstva vodika i njegova rasprostranjena količina na kopnu iu Zemljinim oceanima čine ga važnim područjem istraživanja kao praktički neograničene opskrbe gorivom. Svi oblici fosilnih goriva i alkohola kao što su benzin, prirodni plin i etanol sastoje se od ugljikovodičnih lanaca gdje su vodik, ugljik, a ponekad i kisik povezani zajedno. Odvajanje čistog vodika kao čistog izgaranja, obilnog izvora goriva samo po sebi je jednostavno, ali sila potrebna da se vodik oslobodi kemijskih veza i zatim ohladi za skladištenje često oduzima više energije nego što sam čisti vodik može proizvesti. Iz tog razloga, svojstva vodika znače da se najčešće koristi tamo gdje se nalazi u kemijskim vezama s drugim elementima.
Istraživanje proizvodnje fuzijske energije također se oslanja na kemijska svojstva vodikovih spojeva deuterija i tricija. Svojstva vodika koje koriste sve zvijezde spajaju atome vodika zajedno pod intenzivnim pritiskom kako bi se oslobodio helij i energija u obliku svjetlosti i topline. Slični se pritisci stvaraju u istraživačkim ustanovama pomoću snažnih magnetskih polja, inercijskih lasera za zatvaranje ili električnih impulsa u SAD-u, Europi i Japanu.
Kako dolazi do spajanja atoma vodika, stvara se atom helija koji nosi 20% viška energije iz procesa, a 80% energije nosi slobodni neutron. Ovu neutronsku energiju ili toplinu zatim apsorbira tekućina za stvaranje pare i pogon turbine za proizvodnju električne energije. Međutim, proces je i dalje eksperimentalan od 2011. To je zbog ogromnih pritisaka koje je potrebno održavati kako bi se atomi vodika kontinuirano spajali i kako bi se napravili strojevi koji mogu podnijeti temperature proizvedene fuzijom koje dosežu 212,000,000° Fahrenheita (100,000,000° Celzijusa ).