氫氣有非常廣泛的應用價值。最早期的應用是充氫氣球，在飛機發明前人類曾經藉助熱氣球和氫氣球作為飛行交通工具，是最早實現飛天夢想的方式。氫氣最重要的應用是作為燃料和工業原料，氫燃料電池技術作為有前景的新能源受到當今世界的重視。在醫學生物學領域，氫氣才剛剛開始被重視，氫氣的廣泛有效性、生物安全性、經濟實惠、獲取方便等特點決定了其在生物醫學領域巨大廣闊的應用前景。
卡文迪什發現氫氣比重很小，提出將來可以用氫氣充氣球能作為飛行工具的設想。人類第一個氫氣球升空試驗是法國物理學家J A C Charles（查理）。查理根據卡文迪什的設想，製作了一個直徑3.65米（27立方）的氣球。為了獲得足夠多氫氣，他使用226公斤硫酸和450公斤鐵粉進行反應。經過反覆嘗試，在1783年8月27日查理製成氫氣球，並在巴黎無人升空到1000米。查理氫氣球升空，當時美國駐法國大使富蘭克林也在現場，當一位懷疑者說，「有意思，可有什麼用？」，這位美國大使氣憤地大聲反駁「剛出世的嬰兒有什麼用！」。
氫氣剛發現時，人們想到的第一個用途是利用這種氣體密度小浮力大的特點製造氣球飛天。隨著對氫氣研究的深入，逐漸發現氫氣具有更多種重要的性質。例如發現氫氣具有還原作用，可以在許多化學工業領域作為原料。例如合成氨就是用氫氣和氮氣為原料。氫氣加入不飽和脂肪酸進行氫化，可以製造植物黃油、洗髮精、潤滑劑、家庭清潔劑等產品。加氫通過去硫和氫化裂解用來提煉原油。玻璃製造的高溫加工過程及電子微晶片的製造中，可在氮氣保護氣中加入氫以去除殘餘的氧。
氫能源是氫氣最重要的應用領域。航天工業早就使用液氫作為燃料。作為燃料電池的基本燃料，氫氣是未來氫能源的能源介質。氫氣能源的突出優點是無碳環保，氫氣和氧氣反應產生水釋放能量是氫氣能源應用的最核心過程，這個過程三個物質都具有環境友好型，不涉及到碳的轉化利用，不給環境帶來壓力。
氫氣或氫元素在現代科學歷史上發揮了非常重要不可替代的作用，許多偉大科學發現都是圍繞對氫氣和氫元素的研究獲得。約翰·裡格登寫的《氫的傳奇》就是圍繞這個話題展開的著名科普著作。
2007年後，氫氣的醫學生物學效應被發現。氫氣在生命科學領域的應用打開了一扇新窗口。氫氣被人類長期全面研究，能採用多種簡單方法製備，獲取方便。氫氣對人體和生物的安全性極高，給這種氣體的可用性提供了基本條件。氫氣生物學效應的多樣性，給氫氣的應用廣泛性奠定了基本前提。經濟簡單、高度安全、廣泛效應，讓醫學領域氫氣成為氫氣應用靚麗的風景線。未來人們有望可以通過吸入氫氣、飲用氫水、注射氫溶液、氫水洗澡、氫水農田灌溉、氫水養殖等途徑全面擁抱氫生活。關於氫氣生物效應的發現，我們將專門回答介紹。