Under normale betingelser er hydrogengass en blanding av to ulike slags molekyler som har forskjellig spinn i atomkjernene. De to formene kalles orto- og para-hydrogen (som ikke er det samme som isotoper, se nedenfor). I orto-hydrogen er kjernespinnet parallelt (danner en triplett), mens det i para-hydrogen er antiparallelt (danner en singlett). Ved standardbetingelser består hydrogen av ca. 25 % av para-formen og 75 % av orto-formen, den såkalt normale formen. Likevektsforholdet mellom de to er temperaturavhengig, men fordi orto-formen har høyere energi er den ikke stabil i ren tilstand. Ved lave temperaturer, omkring kokepunktet til hydrogen, foreligger nesten utelukkende para-formen.