。其光电子谱在16至18eV之间有一组多重峰。电子填入氢气分子的分子轨域时会先从低能量的σ轨域开始填，而σ轨域可以容纳2个电子，氢气分子共有两个电子，因此电子在基态的氢气分子将会填满σ轨域。
自旋异构体.双原子氢分子有两个原子核相对自旋不同的自旋异构体。其中正氢的两个质子自旋平行，形成三重态，分子自旋量子数为1；仲氢的两个质子自旋反平行，形成单重态，分子自旋量子数为0。在标准温度和压力下，氢气含74.87%正氢和25.13%仲氢。正氢和仲氢的平衡比例受温度影响，但由于正氢属于激