Vodikova linija općenito se odnosi na radiofrekvencijsku emisiju hladnog vodikovog plina u međuzvjezdanom prostoru. U našoj galaksiji iu drugim galaksijama plutaju ogromne količine vodika. Dio tog plina zagrijavaju obližnje zvijezde, uzrokujući da emitira elektromagnetsko zračenje u vidljivom spektru – drugim riječima, svjetlost. Međutim, veći dio je daleko od bilo kakvog izvora topline, ali je ipak uočljiv zbog činjenice da emitira elektromagnetsko zračenje na valnoj duljini od 8.3 inča (21.1 centimetar), unutar radio dijela spektra. To je poznato kao linija od 21 centimetar, ili linija vodika, a njeno postojanje je predvidio nizozemski astronom Hendrik van de Hulst 1944. godine.
Prema kvantnoj teoriji, elektroni u atomu mogu imati samo određene fiksne energetske razine, bez ičega između. Najniža razina energije poznata je kao “osnovno stanje”. Elektroni mogu apsorbirati energiju, uzrokujući da “skoče” na višu energetsku razinu, ali prije ili kasnije, oni će se vratiti na nižu razinu i na kraju u osnovno stanje, s vremenom koje je potrebno obrnuto proporcionalno količini viška energije. . Kada se elektron spusti niz razinu, dodatna energija se oslobađa kao elektromagnetsko zračenje s frekvencijom koja odgovara energetskoj razlici između dvije razine.
Frekvencija elektromagnetskog zračenja proporcionalna je njegovoj energiji: što je energija veća, to je viša frekvencija. Ovaj odnos je opisan Planckovom jednadžbom: E = hf, gdje je E energija, f je frekvencija, a h Planckova konstanta, koja ima vrijednost od približno 6.626 * 10-34 džul-sekunde. Valna duljina se može izračunati jednostavno kao brzina svjetlosti podijeljena s frekvencijom. Dakle, kada elektron padne s više na nižu energetsku razinu, emitirat će se elektromagnetsko zračenje određene, fiksne frekvencije i valne duljine, povezano s razlikom energije. Ovo zračenje se prikazuje kao uske linije na spektru emisije.
Svaki element ima karakterističan, jedinstven spektar emisije koji se sastoji od niza linija na određenim valnim duljinama. Spektralni niz vodika sadrži niz spektralnih linija, od kojih su četiri unutar vidljivog dijela spektra. Jedna od njih, crvena linija poznata kao H-alfa, mnogo se koristi u astronomiji za otkrivanje ioniziranog vodika u maglicama. Svaka od ovih emisijskih linija za vodik može se smatrati vodikovom linijom, ali se pojam češće odnosi na radio emisiju koju proizvodi hladni vodikov plin na valnoj duljini
od 21 centimetar. To je zbog drugačijeg fizičkog procesa. Međutim, i dalje vrijede ista pravila u vezi s energijom, frekvencijom i valnom duljinom.
Elektroni i protoni imaju kvantno svojstvo poznato kao “spin” koje može imati dva moguća smjera. Budući da se atom vodika sastoji od jednog protona i jednog elektrona, može imati dva spina u istom smjeru ili u različitim smjerovima. U prvom slučaju, atom ima nešto više energije i na kraju će pasti u niže energetsko stanje tako što će elektron promijeniti svoj spin. Dodatna energija emitira se kao elektromagnetsko zračenje, a budući da je razlika u energiji mala, zračenje ima dugu valnu duljinu i nisku frekvenciju: 21 centimetar i 1420.4 MHz, respektivno. Mala razlika u energiji također znači da će svakom danom atomu vodika u istom spinskom stanju, u prosjeku, trebati jako dugo vremena — nekoliko milijuna godina — da padne u stanje suprotnog spina; međutim, u galaksiji ima toliko hladnog vodika da će u svakom trenutku dovoljno atoma vodika emitirati radio valove od 21 centimetar da ih se može detektirati.
Crtu od 21 centimetar otkrili su 1951. Harold Ewen i Edward Purcell. Pokazalo se da je od presudne važnosti u radioastronomiji. Velik dio naše galaksije skriven je od pogleda velikim oblacima prašine koji ne dopuštaju svjetlosti zvijezda da prođe kroz njih. Radio valove, međutim, ne ometaju oblaci prašine, a budući da u galaksiji postoji velika količina hladnog vodika, moguće je promatrati i mapirati galaksiju korištenjem radio emisija na vodikovoj liniji. Radioastronomija nam je pomoću vodikove linije omogućila da odredimo veličinu, oblik i strukturu naše galaksije.
Vodikova linija također ima veliko značenje za Potragu za izvanzemaljskom inteligencijom (SETI). Smatra se vrlo mogućim da bi tehnološki napredna civilizacija mogla koristiti ovu frekvenciju za pokušaj komunikacije s drugim civilizacijama. Frekvencija se koristi ne samo za slušanje dolaznih poruka, već i za njihovo slanje. Svemirske letjelice Pioneer 10 i 11, koje su predodređene da beskrajno lebde kroz međuzvjezdani prostor, sadrže ploče koje prikazuju vodikovu liniju, njegovu valnu duljinu, njegovu frekvenciju i fiziku iza nje. Predstavlja mjernu jedinicu za koju se vjeruje da bi vanzemaljci mogli razumjeti.