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Gemische mit Luft oder mit reinem Sauerstoff explodieren nach der Zündung mit lautem Knall. Sie werden als Knallgasgemische bezeichnet. Die optimalen Mischungsverhältnisse kommen nach den Gasgesetzen von Gay-Lussac immer in ganzen Zahlen vor. Mit Hilfe eines Eudiometers können diese Verhältnisse bestimmt werden. Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff im Verhältnis 2 zu 1 und mit Chlor im Verhältnis 1 zu 1.  

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Für eine Reaktion mit den anderen Elementen ist ebenfalls hohe Temperatur und Druck notwendig, beispielsweise bei der Reaktion von Schwefel mit Wasserstoff zu Schwefelwasserstoff:  

Wasserstoff wirkt auf viele Metalloxide beim Erhitzen als Reduktionsmittel, so auch bei der Reduktion von Kupfer(II)-oxid:  

Mit Alkali- oder Erdalkalimetallen bilden sich Hydride. Auch sämtliche Säuren enthalten Atome des Wasserstoffs. Wasserstoff-Atome sind Bestandteil zahlreicher organischer Verbindungen, zum Beispiel bei den Kohlenwasserstoffen (Methan, Ethan, Benzol), bei den Alkoholen (Methanol, Ethanol), den Aldehyden, den Alkansäuren, den Fetten, den Kohlenhydraten und den Proteinen.  

Im Labor erfolgt der Nachweis von Wasserstoff mit der Knallgas-Probe. Diese Probe dient auch zur Überprüfung, ob in einem Gas ein Knallgas-Gemisch vorliegt. Ertönt ein lauter pfeifender Knall, handelt es sich um Knallgas, bei einem harmlosen, dumpfen Geräusch ist nur reiner Wasserstoff im Reagenzglas.  

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In einer Gasentladungsröhre leuchtet der Wasserstoff blauviolett. Ein Glasröhrchen ist mit Wasserstoff unter geringem Druck gefüllt. Beim Anlegen einer Spannung entstehen im Gas frei bewegliche Ladungsträger, die je nach ihrer Polarität Richtung Anode oder Kathode beschleunigt werden. Treffen sie auf ein Atom, werden weitere Ladungsträger freigesetzt. Bei jedem Aufprall wird Strahlung  frei. Trifft ein beschleunigtes Elektron oder ein Ion auf ein Atom, absorbiert dieses einen bestimmten Energiebetrag. Hierbei geht die äußere Elektronenhülle auf ein nächst höheres Energieniveau über. Das so angeregte Atom kann diesen Zustand aber nicht halten und sendet die Energie in Form eines Strahlungsquants wieder aus. Die Frequenz der Strahlung hängt vom jeweiligen Gas ab. 

Wasserstoff-Atome sind in den Lebewesen und im menschlichen Körper sehr häufig vertreten. Sie sind an vielen wichtigen Stoffwechsel-Prozessen beteiligt. Ein Teil der Atome ist im Wasser chemisch gebunden. Dieser Stoff kann als „Schlüssel-Element“ für das Funktionieren des Lebens angesehen werden. Der Mensch besteht zu 60 bis 70 Prozent aus Wasser. Täglich muss ein Mitteleuropäer je nach Bedarf zwei bis vier Liter Wasser trinken. Das Wasser ist im Körper das bedeutendste Transportmittel für Stoffe, es spielt aber auch bei zahlreichen Stoffwechsel-Kreisläufen wie bei der Atmung, dem Citronensäurezyklus oder dem Harnstoffzyklus eine große Rolle. Das Ausschwitzen von Wasser dient der Temperaturregulierung. 

 
Ein anderer Teil der Wasserstoff-Atome bildet zusammen mit Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Stickstoff- und Schwefel-Atomen die organischen Moleküle, aus denen die meisten in den Lebewesen enthaltenen Stoffe aufgebaut sind. Bei der pflanzlichen Zellatmung in den Mitochondrien gewährleistet die Übertragung von Protonen die Energiegewinnung und damit den Aufbau energiereicher Kohlenstoff-Verbindungen. 

Die großen Planeten unseres Sonnensystems, Jupiter und Saturn, sind Gasplaneten und bestehen wie die meisten Fixsterne und Galaxien überwiegend aus Wasserstoff. Die Elementhäufigkeit von Wasserstoff in der Erdhülle beträgt etwa 0,9 Prozent, damit steht er an neunter Stelle. Das Isotop Deuterium macht im natürlichen Wasserstoff einen geringen Anteil von etwa 0,015 Prozent aus. Wasserstoff-Atome kommen in gebundener Form in zahlreichen Verbindungen vor, beispielsweise im Wasser, aber auch in Eiweißen, Kohlenwasserstoffen, Kohlenhydraten oder Säuren. Es existieren drei natürliche Isotope:  

Das Element wurde von Paracelsus im 16. Jahrhundert durch Umsetzung von Eisen mit Säuren erstmals hergestellt und 1766 durch Henry Cavendish als Element erkannt. Der französische Chemiker Antoine Lavoisier (1743–1794) stellte 1783 erstmals 45 Gramm „künstliches“ Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff her. Außerdem führte er Versuche zur Zerlegung von Wasser durch. Lavoisier war es auch, der den französischen Namen hydrogène vorschlug. Dieser Name leitete sich von den griechischen Wörtern hydor („Wasser“) und gennáo („erzeugen“) ab.

  
Die Isotope Deuterium und Tritium wurden erst in den 1930er Jahren entdeckt. Bei der nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelten Wasserstoffbombe reagieren Deuterium- und Tritium-Atome in einer Kernverschmelzung zu Helium-Atomen. Eine Atombombe als Zünder leitet diese Reaktion ein. Die bei Kernfusionen freigesetzte Energie könnte in einer kontrolliert laufenden Einrichtung auch zur zukünftigen Energiegewinnung dienen. Entsprechende Kernfusionsreaktoren befinden sich aber noch im experimentellen Stadium. 
 

In der Folgezeit entstanden Pläne von verschiedenen Konstrukteuren zum Bau eines Luftschiffs. Aber erst der französische Ingenieur Henri Griffard (1825–1882) setzte die Pläne auch um. Am 24. September 1852 startete sein Luftschiff in Paris zu einem 27 Kilometer langen Flug. Griffards motorisierter Langballon war mit einer etwa zwei Kilowatt starken Dampfmaschine angetrieben. Fahrer, Gondel und Motor waren hängend unter dem 44 Meter langen Ballon auf einem Balken angebracht. Nach diesem ersten Versuch wurden verschiedene Antriebstechniken entwickelt, es gab später zahlreiche Versuche mit Verbrennungs- und Elektromotoren, und sogar Geräte, die mit Muskelkraft betrieben wurden, kamen zum Test. Die Revolution brachten aber dann Luftschiffe, die mit einem starren Aluminiumgerüst versehen waren. Ferdinand Graf von Zeppelin (1838–1917) präsentierte im Jahr 1900 den Prototypen LZ 1 (Luftschiff Zeppelin 1). Das 128 Meter lange Gefährt wurde von zwei Benzinmotoren der Firma Daimler mit einer Leistung von jeweils 10,4 Kilowatt angetrieben. Ab 1909 beförderten die Luftschiffe regelmäßig Passagiere. Im Ersten Weltkrieg kamen sie als Aufklärungsfluggeräte und zum Abwurf von Bomben zum Einsatz. In den 1930er-Jahren verkehrte eine regelmäßige Fluglinie von Friedrichshafen am Bodensee in die USA und nach Brasilien. Nach der Katastrophe von Lakehurst im Jahre 1937 war die Verwendung von Wasserstoff als Transportmittel in den Zeppelinen vorläufig beendet.

Eine Renaissance erlebte der Wasserstoff mit dem Beginn der Raumfahrt. Raketen mit Flüssigkeitsantrieb verwenden Wasserstoff als Brennstoff. Die Raumfähren des amerikanischen Space-Shuttle-Programms wurden mit Wasserstoff angetrieben. Am 12. April 1981 hob die Columbia als erste bemannte und wiederverwendbare Raumfähre ab und flog in eine Umlaufbahn der Erde, um zwei Tage später wieder unversehrt zu landen. Beim Challenger-Unglück am 28. Januar 1986 explodierte die Raumfähre kurz nach dem Start in 15 Kilometern Höhe, weil durch ein Leck der Feststoffraketen eine heiße Flamme austrat und die Tankhülle beschädigte. Die sieben Besatzungsmitglieder wurden getötet. Eine weitere Katastrophe ereignete sich im Januar 2003 als die Columbia beim Eintritt in die Erdatmosphäre zerbrach. Das ab 2010 eingesetzte Raumschiff Orion – als Nachfolger der Space Shuttles – wird mit einer Ares-Rakete angetrieben, die in der zweiten Stufe flüssigen Wasserstoff als Brennstoff verwendet.

Die Verwendung von Wasserstoff als Treibstoff für Kraftfahrzeuge in Verbindung mit Brennstoffzellen benötigte eine längere Entwicklungsphase. Das Problem besteht darin, das Gas kompakt und einfach zu speichern. Lit [53]  Dabei kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz:  

Eine andere Möglichkeit wäre die Reaktion von Salzsäure mit granuliertem Zink. Dabei hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration und der Temperatur der Säure und der Oberfläche des Zinks ab: 

Bei der Reaktion von Calcium mit Wasser ist eine heftige Gasentwicklung zu beobachten. Nach einer Weile trübt sich das Wasser weiß. Fängt man das Gas pneumatisch in einem Reagenzglas auf, fällt die Knallgasprobe positiv aus. Die Zugabe von Phenolphthalein weist die Bildung einer alkalischen Lösung nach. Diese wird durch das Lösen des entstehenden Calciumhydroxids Ca(OH)₂ in Wasser gebildet. Barium und Strontium reagieren noch lebhafter mit Wasser nach dem gleichen Prinzip.

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In der chemischen Industrie gewinnt man Wasserstoff durch eine katalytische Dampfspaltung von Methan aus dem Erdgas. Dabei wird Methan CH₄ an einem Nickel-Katalysator bei etwa 900 °C mit Wasserdampf umgesetzt. Neben Wasserstoff entsteht hierbei auch Kohlenstoffmonooxid CO:    

  
Wasserstoff ist neben Stickstoff ein wichtiger Ausgangstoff zur Synthese von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren, es wird auch zur Herstellung zahlreicher Wasserstoffverbindungen wie Methanol benötigt. Wasserstoff dient zur Reduktion von Eisenerzen. Seine Anwendung als Energieträger ist sehr vielseitig. Man benötigt es als Brenngas in Raketentreibstoffen oder bei der Wasserstofftechnologie zur Stromerzeugung in Brennstoffzellen. Das Wasserstoffauto stellt eine Alternative zum PKW mit Benzinmotor dar. Aufgrund der hohen Wärmekapazität eignet sich Wasserstoff als Kühlmittel in Kraftwerken und Industrieanlagen.