수소는 대기와 지각의 구성 물질로 지구상에 풍부하며 클라크수는 제9위다. 주로 순수한 수소 기체 상태가 아닌 화합물 상태로 존재하는데, 물이나 가솔린·천연가스·프로판·메탄올과 같은 유기화합물로 발견된다.

수소 기체는 수소 원자 두 개가 결합한 상태, 즉 수소 분자(H₂)로 존재한다. 물에 대한 용해도가 매우 작아 물에 잘 녹지 않으며, 실온에서는 반응성이 작지만 온도가 높아지면 반응성이 커진다. 수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 불이 붙는다. 수소-공기 혼합 기체는 불꽃을 튀겨 주면 폭발적인 연소 반응을 보인다. 불이 붙는 발화 에너지가 작아 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화된다. 황과는 황화수소, 질소와는 암모니아, 염소와는 염화수소를 생성한다. 또한 많은 금속과도 직접 반응하여 수화물을 만든다. 금속염화물이나 산화물을 가열하면 환원되어 금속을 생성한다. 일반적으로 화합물 중에서의 산화수는 +1가 또는 -1가의 값을 가진다.

동위원소로는 질량수 2 및 3인 것(중수소, 삼중수소라고 한다)이 있지만 다른 원소의 경우와는 달리 보통 수소원자(질량수 1인 것, 중수소에 대응시킬 때는 경수소라고 한다)의 2배·3배로 되기 때문에 질량의 차가 뚜렷하고, 따라서 성질의 차이가 크다. 이 사실로부터 보통 수소를 프로튬(protium, ¹H), 중수소(²H)를 듀테륨(deuterium, D), 삼중수소(³H)을 트리튬(tritium, T)으로 하여 구별한다. 중수소가 많이 포함된 물을 중수라고 부르며 중성자 감속제나 원자로 용매로 사용된다.