氢气是一种极易燃的气体，燃点只有574℃，在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286 kJ/mol：2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l); ΔH = -572 kJ/mol

氢气占4.1%至74.8%的浓度时与空气混合，或占18.3%至59激下易引爆。氢气的着火点为500 °C。纯净的氢气与氧气的混合物燃烧时放出紫外线。

因为氢气比空气轻，所以氢气的火焰倾向于快速上升，故其造成的危害小于碳氢化合物燃烧的危害。氢气与所有的氧化性元素单质反应。氢气在常温下可自发的和氯气（需要光照）反应 ，氢气和氟气在冷暗处混合就可爆炸，生成具有潜在危险性的酸氯化氢或氟化氢。

在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气，观察火焰的颜色。然后在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，过一会儿，我们可以看到，纯净的氢气在空气里安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰（氢气在玻璃导管口燃烧时，火焰常略带黄色）。用烧杯罩在火焰的上方时，烧杯壁上有水珠生成，接触烧杯的手能感到发烫。

氢气在空气里燃烧，实际上是氢气跟空气里的氧气发生了化合反应，生成了水并放出大量的热。这个反应的化学方程式是：2H2+O2=点燃=2H2O；反过来，氢气可以用电解水的方式制备。这个反应的化学方程式是：H2O=H++OH-H++e-=H2H=H2OH--e-=OH2OH=H2O22H2O2=2H2O+O2

总的化学方程式是：2H2O=通电=2H2↑+O2↑