氫氣是一種極易燃的氣體，燃點只有574℃，在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒。氫氣燃燒的焓變為−286 kJ/mol：2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l); ΔH = -572 kJ/mol

氫氣占4.1%至74.8%的濃度時與空氣混合，或占18.3%至59激下易引爆。氫氣的著火點為500 °C。純凈的氫氣與氧氣的混合物燃燒時放出紫外線。

因為氫氣比空氣輕，所以氫氣的火焰傾向于快速上升，故其造成的危害小于碳氫化合物燃燒的危害。氫氣與所有的氧化性元素單質反應。氫氣在常溫下可自發的和氯氣（需要光照）反應 ，氫氣和氟氣在冷暗處混合就可爆炸，生成具有潛在危險性的酸氯化氫或氟化氫。

在帶尖嘴的導管口點燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。然后在火焰上方罩一個冷而干燥的燒杯，過一會兒，我們可以看到，純凈的氫氣在空氣里安靜地燃燒，產生淡藍色的火焰（氫氣在玻璃導管口燃燒時，火焰常略帶黃色）。用燒杯罩在火焰的上方時，燒杯壁上有水珠生成，接觸燒杯的手能感到發燙。

氫氣在空氣里燃燒，實際上是氫氣跟空氣里的氧氣發生了化合反應，生成了水并放出大量的熱。這個反應的化學方程式是：2H2+O2=點燃=2H2O；反過來，氫氣可以用電解水的方式制備。這個反應的化學方程式是：H2O=H++OH-H++e-=H2H=H2OH--e-=OH2OH=H2O22H2O2=2H2O+O2

總的化學方程式是：2H2O=通電=2H2↑+O2↑