水素原子をモデル化した図。原子の中心にある原子核は陽子が一つだけで、電子がその周りに一個存在している。

工業用に販売されている、水素ボンベ。窒素や酸素など、ほかの物質と区別するためボンベは赤色に塗装されている。^[4]

原子の大きさ(半径)は約1億分の1cmと非常に小さいのですが、その中はさらに原子核と電子に分かれ、さらに原子核は陽子と中性子で構成されています。このうち、陽子は＋の電荷を、電子は－の電荷をそれぞれ持っています。
陽子や中性子と比べ電子の大きさははるかに小さく、太陽の周りを地球が回るように、原子内では原子核の周りを電子が回るような形で存在しています。
原子は、原子内の陽子数で化学的性質が決まりますので、陽子数で番号が付けられており、原子番号と呼ばれています。
水素は、さまざまな元素のなかでも陽子が1個だけ含まれる一番シンプルな原子構造で、原子番号は1です。
ごく一部の元素(ヘリウム等の不活性元素)を除き、原子は1つずつバラバラな状態ではとても不安定です。そこで、ほとんどの原子はいくつかの原子同士がくっついた分子、または沢山の原子が規則的に並ぶ結晶や金属と呼ばれる状態になります。水素の場合、原子2個のペアで安定な水素分子を形成し、これが一般的に水素と呼ばれています。そのほか、水素2個と酸素1個が結合した水分子、水素4個と炭素1個が結合したメタン分子などになります。さらにタンパク質や脂肪など私たちの体を作っている物質は、水素と炭素に加え窒素や硫黄などが複雑に組み合わさった分子からできていて、そこでも水素は重要な役割を果たしています。
水素分子は通常の状態（常温・常圧）では気体で、無色透明で臭いもありません。水素の一番大きな特徴は軽いことで、1ℓの重量はわずか0.089gと大気の15分の1程度の重量しかありません。また、その軽さが主な原因で、温度を下げてもなかなか液体や固体へと変化することがありません。1気圧の状態で水素を液化するためには-253℃といった低温まで冷やす必要があります。^[7] 一般的には水素は、気体の状態で高圧ボンベに詰め込んだ状態で利用されています。^[8]
純物質が天然に存在しなかったため、水素が発見されたのはかなり遅く、18世紀末になってのことでした。この際、水酸化ナトリウムという強アルカリ性物質を水に溶かし、直流電流を流すことで水を水素と酸素に分解しました。^[9] この方法は、現在でも水電解法と呼ばれ、水素を作る主な技術として活用されています。
また天然ガスや石炭、石油などの有機物質を化学的に分解して水素を取り出すことも可能で、工業的にはこの方法で大量に作られています。^[10]