Lastnosti vodika vključujejo, da je v naravnem stanju na Zemlji brezbarven plin brez vonja, ki je izjemno vnetljiv. Je najlažji element, za katerega je znano, da obstaja v naravi, saj zavzema povprečno 75 % vse mase v vesolju v zvezdah, planetih in drugih zvezdnih objektih. Vodik je bistven tudi za vse življenje na Zemlji, kjer predstavlja 14 % žive snovi po teži, saj zlahka tvori vezi s kisikom, da ustvari vodo in ogljik, da ustvari molekule, ki so osnova, na kateri živijo strukture in večina organskih molekul. so zgrajene.
Medtem ko je najbolj razširjena oblika vodika protij, kjer ima samo en proton v atomskem jedru in en elektron v orbiti okoli jedra, obstajata tudi dva druga izotopa vodika. Protij predstavlja 99.985 % vsega naravnega vodika, devterij pa še skoraj 0.015 %, ki ima tako proton kot nevtron v atomskem jedru, kar mu daje maso, ki je dvakrat večja od mase protija. Tritij je tretja oblika vodika, ki je v naravi izjemno redka, vendar se lahko proizvede umetno. Je nestabilen in kaže radioaktivni razpad z razpolovno dobo 12.32 leta. Ima dva nevtrona v atomskem jedru za en proton in je ključna spojina, ki se proizvaja in uporablja v orožju vodikovih bomb za povečanje njihovega donosa, pa tudi pri proizvodnji energije jedrske cepitve in pri raziskavah jedrske fuzije.
Kemične lastnosti vodika, ki ima samo en elektron v orbiti, ga vodijo v visoko reaktiven element, ki tvori vezi s številnimi drugimi elementi. V svojem naravnem stanju v ozračju se tako kot kisik veže na drugi atom vodika in tvori H2. Molekule H2 so lahko tudi edinstvene glede na vrtenje njihovih jeder, pri čemer se molekule H2, pri katerih se obe jedri vrtita v isti smeri, imenujejo ortovodik, tiste z nasprotnimi vrtljaji, znane kot paravodik. Ortovodik je najpogostejša oblika H2 pri normalnem atmosferskem tlaku in temperaturi v plinski obliki, vendar se ortovodik, ko se ohladi v tekočo obliko, kot je raketno gorivo, spremeni v paravodik.
Zaradi fizikalnih lastnosti vodika in njegove razširjenosti na kopnem in v zemeljskih oceanih je pomembno področje raziskav kot praktično neomejena oskrba z gorivom. Vse oblike fosilnih goriv in alkoholov, kot so bencin, zemeljski plin in etanol, so sestavljene iz ogljikovodikovih verig, kjer so vodik, ogljik in včasih kisik povezani skupaj. Ločevanje čistega vodika kot čistega zgorevanja, bogatega vira goriva je enostavno, vendar sila, ki je potrebna, da se vodik osvobodi kemičnih vezi in nato ohladi za shranjevanje, pogosto zahteva več energije, kot jo lahko ustvari čisti vodik sam. Zaradi tega lastnosti vodika pomenijo, da se najpogosteje uporablja tam, kjer ga najdemo v kemičnih vezi z drugimi elementi.
Raziskave proizvodnje fuzijske energije se opirajo tudi na kemične lastnosti vodikovih spojin devterija in tritija. Lastnosti vodika, ki jih uporabljajo vse zvezde, združujejo atome vodika skupaj pod intenzivnim pritiskom, da sprostijo helij in energijo v obliki svetlobe in toplote. Podobni pritiski se ustvarjajo v raziskovalnih ustanovah z uporabo močnih magnetnih polj, inercialnih laserjev ali električnih impulzov v ZDA, Evropi in na Japonskem.
Ko poteka zlivanje vodikovih atomov, nastane atom helija, ki nosi 20 % presežne energije iz procesa, 80 % energije pa nosi prosti nevtron. To nevtronsko energijo ali toploto nato absorbira tekočina, da ustvari paro in poganja turbino za proizvodnjo električne energije. Vendar pa postopek od leta 2011 še vedno ostaja eksperimentalni. To je posledica izjemnih pritiskov, ki jih je treba vzdrževati, da se vodikovi atomi neprekinjeno združijo in izdelajo stroji, ki lahko prenesejo temperature, proizvedene pri fuziji, ki dosežejo 212,000,000° Fahrenheita (100,000,000° Celzija). ).