Den vanligste isotopen i hydrogen i naturlige forekomster, protium, består av ett enkelt proton og ingen nøytroner. I ioniske forbindelser kan det være enten positivt ladd (som kation bestående av et enkelt proton) eller negativt ladd (som anion, kjent som et hydrid). Hydrogen kan danne kjemiske forbindelser med de fleste andre grunnstoffene, og det finnes i vann og i de fleste organiske forbindelser. Hydrogen spiller en spesielt viktig rolle i syre-base-kjemi, som i mange tilfeller involverer bytte av protoner mellom løselige molekyler. Som eneste nøytrale atom, og på grunn av sin relativt enkle oppbygning, har hydrogen spilt en nøkkelrolle i utviklingen av kvantemekanikk.