수소 기체는 공기 중에서는 4~74%의 농도, 염소 화합물에는 5~95%의 농도일 때 강한 폭발성을 띤다.

혼합물은 자연스레 불꽃, 열 또는 태양광에 의해 폭발하며, 자연발화 온도는 대략 500° C이다.

하지만, 수소는 원자번호 1번, 즉 공기보다 14배 가벼운 기체이기 때문에 공기 중에 누출 시에 매우 급속도로 확산하며, 점화 온도(약 500°C)가 높아 자연적 발화 자체가 극히 낮다.

액체 수소(영하 253도 이하에서 액체화)는 극저온 유체로써 기체 수소에 비해 부피 기준 1/800 수준이기 때문에 약 10배 이상의 수소 효율성이 예상된다.

액체 상태의 수소를 직접 피부와 접촉하면 동상에 걸릴 수 있으나 일반인이 직접 접촉하게 되는 경우는 매우 드물다.

수소는 또한 금속재료에 흡수되어 수취화(Hydrogen Embrittlement , 水素脆化)하는 특성이 있기 때문에, 어딘가 수소가 누출되면 수소 취성이 일어나거나, 균열이 가거나, 심할 경우에는 폭발할 가능성도 있다.

외부 공기와 접촉하게 된 수소 기체는 산소 등이 존재할 경우 폭발할 수 있는데 이때 일어난 화재의 경우 매우 뜨겁고, 자외선과 맨눈으로는 거의 볼 수 없는 매우 밝은 빛을 방출하기 때문에 수소 가스의 누출을 감지하기 위해서는 불꽃 감지기가 필요하다. 

또한 수소는 공기보다 가볍기 때문에 비행선을 띄우는 데 적합한 재료로 사용되었지만, 1937년 연료 탱크에서 누출된 수소 가스가 폭발하여 발생한 힌덴부르크 참사 이후로 현재 많은 나라에서 풍선이나 비행선에 수소를 채우는 것을 법적으로 금지하고 있다.