På grunn av hydrogens forholdsvis enkle atomstruktur, bestående av et proton og et elektron, har hydrogenatomet, sammen med det spekter av lys produsert eller absorbert av det, vært sentralt i utformingen av teorien om atomets struktur. Videre har den tilsvarende enkle oppbygningen av hydrogenmolekylet og det tilhørende kationet H tillatt en mere komplett forståelse av naturen bak kjemiske bindinger, som fulgte kort tid etter utviklingen av kvantemekanisk behandling hydrogenatomet på 1920-tallet.