Ūdeņraža īpašības ietver to, ka tā dabiskajā stāvoklī uz Zemes tas ir bezkrāsaina, bez smaržas gāze, kas ir ļoti viegli uzliesmojoša. Tas ir vieglākais dabā esošais elements, kas aizņem vidēji 75% no visas Visuma masas zvaigznēs, planētās un citos zvaigžņu objektos. Ūdeņradis ir būtisks arī visai dzīvībai uz Zemes, kur tas veido 14% no dzīvās vielas masas, jo tas viegli veido saites ar skābekli, veidojot ūdeni un oglekli, lai radītu molekulas, uz kurām balstās dzīvās struktūras un lielākā daļa organisko molekulu. ir uzbūvēti.
Lai gan visizplatītākā ūdeņraža forma ir protijs, kur tā atoma kodolā ir tikai viens protons un viens elektrons orbītā ap kodolu, pastāv arī divi citi ūdeņraža izotopi. Protijs veido 99.985% no visa dabiskā ūdeņraža, un deitērijs veido vēl gandrīz 0.015%, kam atoma kodolā ir gan protons, gan neitrons, kas nodrošina tā masu, kas divas reizes pārsniedz protija masu. Tritijs ir trešā ūdeņraža forma, kas dabā ir ārkārtīgi reti sastopama, taču to var iegūt mākslīgi. Tas ir nestabils un uzrāda radioaktīvu sabrukšanu ar pussabrukšanas periodu 12.32 gadi. Tam ir divi neitroni atoma kodolā vienam protonam, un tas ir galvenais savienojums, ko ražo un izmanto ūdeņraža bumbas ieročos, lai palielinātu to ražīgumu, kā arī kodola skaldīšanas enerģijas ražošanā un kodolsintēzes pētniecībā.
Ūdeņraža ķīmiskās īpašības, kad orbītā atrodas tikai viens elektrons, padara to par ļoti reaģējošu elementu, kas veido saites ar daudziem citiem elementiem. Savā dabiskajā stāvoklī atmosfērā tas saistās ar citu ūdeņraža atomu tāpat kā skābeklis, veidojot H2. H2 molekulas var būt arī unikālas atkarībā no to kodolu griešanās, un H2 molekulas, kurās abi kodoli griežas vienā virzienā, tiek saukti par ortoūdeņradi, un tās, kurām ir pretēji griezieni, sauc par paraūdeņradi. Ortoūdeņradis ir visizplatītākā H2 forma normālā atmosfēras spiedienā un temperatūrā gāzes formā, bet, atdzesējot līdz šķidrai, piemēram, raķešu degvielai, ortoūdeņradis mainās uz paraūdeņradi.
Ūdeņraža fizikālās īpašības un tā plaši izplatītā pārpilnība uz zemes un Zemes okeānos padara to par nozīmīgu pētniecības jomu kā praktiski neierobežotu degvielas piegādi. Visas fosilā kurināmā un spirtu formas, piemēram, benzīns, dabasgāze un etanols, sastāv no ogļūdeņražu ķēdēm, kurās ir savienots ūdeņradis, ogleklis un dažreiz skābeklis. Tīra ūdeņraža atdalīšana kā tīri degošs, bagātīgs degvielas avots ir viegli izdarāms, taču spēks, kas nepieciešams, lai atbrīvotu ūdeņradi no ķīmiskajām saitēm un pēc tam atdzesētu to uzglabāšanai, bieži vien aizņem vairāk enerģijas, nekā spēj radīt pats tīrais ūdeņradis. Šī iemesla dēļ ūdeņraža īpašības nozīmē, ka to visbiežāk izmanto vietās, kur tas atrodams ķīmiskajās saitēs ar citiem elementiem.
Kodolsintēzes enerģijas ražošanas izpēte balstās arī uz ūdeņraža savienojumu deitērija un tritija ķīmiskajām īpašībām. Ūdeņraža īpašības, ko izmanto visas zvaigznes, intensīvā spiedienā savieno ūdeņraža atomus, lai atbrīvotu hēliju un enerģiju gaismas un siltuma veidā. Līdzīgs spiediens tiek radīts pētniecības iekārtās, izmantojot spēcīgus magnētiskos laukus, inerciālās ieslodzījuma lāzerus vai elektriskos impulsus ASV, Eiropā un Japānā.
Notiekot ūdeņraža atomu saplūšanai, rodas hēlija atoms, kas pārnēsā 20% no procesa liekās enerģijas, un 80% enerģijas nes brīvais neitrons. Pēc tam šo neitronu enerģiju vai siltumu absorbē šķidrums, lai radītu tvaiku un darbinātu turbīnu elektrības ražošanai. Tomēr process joprojām ir eksperimentāls no 2011. gada. Tas ir saistīts ar milzīgo spiedienu, kas jāuztur, lai nepārtraukti sapludinātu ūdeņraža atomus un lai izveidotu iekārtas, kas spēj izturēt saplūšanas procesā radītās temperatūras, kas sasniedz 212,000,000 100,000,000 XNUMX ° Fārenheita (XNUMX XNUMX XNUMX ° C) ).