L'hydrogène est l'élément le plus léger et le plus abondant de l'univers ; à température ambiante, c'est un gaz incolore et inodore, dont la masse volumique correspond à environ un quatorzième de celle de l'air, et l'un des vecteurs d'énergie les plus prometteurs de la transition énergétique en cours. Sa principale utilisation industrielle est la synthèse de l'ammoniac : par le procédé Haber-Bosch, l'hydrogène réagit avec l'azote à haute température et sous pression en présence d'un catalyseur pour former de l'ammoniac, ensuite transformé en urée, en nitrate d'ammonium et en d'autres engrais azotés qui soutiennent la production alimentaire mondiale. L'industrie du raffinage consomme d'énormes volumes d'hydrogène pour l'hydrocraquage, l'hydrodésulfuration et l'hydrotraitement, convertissant les bruts lourds en essence et en gazole tout en éliminant le soufre, l'azote et les métaux afin d'obtenir des carburants plus propres.
Dans le domaine de l'énergie, les piles à combustible associent électrochimiquement l'hydrogène et l'oxygène pour produire de l'électricité, dont le seul rejet est de l'eau ; elles alimentent les véhicules à pile à combustible, les tramways, les alimentations de secours et les centrales décentralisées. L'hydrogène vert est également considéré comme un carburant de substitution essentiel pour les secteurs difficiles à décarboner, comme la sidérurgie, la chimie et le transport maritime lourd. L'aérospatiale utilise l'hydrogène liquide avec l'oxygène liquide comme propergol principal des fusées, alliant poussée élevée et combustion propre. L'hydrogène sert aussi à hydrogéner les huiles végétales liquides en margarine et en graisses de cuisson, à protéger le bain d'étain de l'oxydation lors de la fabrication du verre flotté, et de gaz réducteur et protecteur pour la croissance des monocristaux de silicium et de germanium. On le choisit précisément parce qu'il présente le pouvoir calorifique massique le plus élevé, un pouvoir réducteur très puissant et des produits de réaction propres.
L'eau (H2O) est le composé de l'hydrogène le plus connu : elle couvre la boisson, l'irrigation, le refroidissement industriel, la production d'électricité et les solvants chimiques dans pratiquement tous les secteurs, et constitue le milieu de la vie elle-même. L'ammoniac (NH3) n'est pas seulement un engrais azoté direct, c'est aussi la matière première de l'acide nitrique, du carbonate de sodium, de l'acrylonitrile et de nombreuses amines ; l'ammoniac liquide est lui-même un réfrigérant courant à basse température et un réducteur pour la dénitrification des fumées. Le peroxyde d'hydrogène (H2O2), appelé couramment eau oxygénée, ne se décompose qu'en eau et en oxygène : il est donc largement utilisé comme agent de blanchiment des pâtes et des textiles, désinfectant de l'eau potable, agent de blanchiment en agroalimentaire et oxydant respectueux de l'environnement, et il est également très employé pour le nettoyage des semi-conducteurs. Le chlorure d'hydrogène (HCl) se dissout dans l'eau pour former l'acide chlorhydrique, acide fort fondamental utilisé pour le décapage de l'acier, l'acidification des puits de pétrole, le traitement de surface des métaux et la production de chlorométhanes et de PVC, ainsi que pour le contrôle du pH et la préparation de sels chlorurés.
