宇宙中的氢主要以单原子形态和等离子态存在，此两者的性质和双原子氢分子颇为不同。氢等离子体中，电子和质子各自独立，所以电导率和发射率都很高，这是太阳等恒星发光的原因。这些带电粒子受电磁场的影响，例如，太阳风会和地球磁层相互作用，产生白克兰电流和极光。星际物质含有中性单原子氢。直到红移formula_2为止，宇宙重子密度都以阻尼莱曼α系统中的大量中性氢原子为主。在地球上的常规条件下，氢的单质以双原子气体存在，即<chem>H2</chem>。但由于质量低，氢气比其他较重的气体更容易逃逸地球重力，所以在地