在室溫和大氣壓力下，氦氣是無色、無味的氣體。它在干空氣中的體積含量為5.24×10-6。是人類發現臨界溫度最低的物質。進行低壓放電時顯深黃色。

氦氣不能僅靠將飽和液體冷卻到絕對零度而固化。要使氦氣固化，必須施以相應壓力。在2.173K，氦氣將或多少從正常液體轉變成一種具有獨特性質的流體。溫度高于2.173K的液體稱為氦Ⅰ。低于此溫度的液體稱為氦Ⅱ。氦Ⅱ為超流體。它的熵為零，熱導率極高，黏度幾乎為零。

由于液氦溫度低，用液氦冷卻某些金屬或金屬化合物，金屬或金屬化合物的電阻會完全消失，這種現象稱為超導電性，此溫度稱為臨界溫度。

因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍，所以吸入氦氣的人說話的聲音會變高頻率。這個有趣的現像，使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣，就好像舊時的卡通人物一樣。

氦氣是單原子氣體，化學性質不活潑。氦氣一般不生成化合物，在低壓放電管中受激發可形成He+2、HeH等離子及分子。

高純氦氣廣泛應用于軍工、科研、石化、制冷、醫療、半導體、管道檢漏、超導實驗、金屬制造、高精度焊接、光電子產品生產等。
1、高純氦氣用作保護氣：利用氦氣不活潑的化學性質，氦氣常用于鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣。
2、高純氦氣可用作高真空裝置、原子核反應堆在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進劑的加壓氣體。高純氦氣還用作原子反應堆的清洗劑
3、高純氦氣在超導技術交通行業的磁懸浮列車，醫療領域的核磁共振成像設備都有較大的應用。利用液氦的-268.9℃的低沸點，液氦可以用于超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術在超導技術等領域有較廣泛的應用，超導材料需要在低溫（100K左右）中才能表現出超導特性，大多數情況下只有液氦能比較簡便地實現這樣的極低溫。
4、氣相色譜分析中高純氦氣常作為載氣，利用氦氣滲透性好、不可燃的特點，高純氦氣還應用于真空檢漏，如氦質譜檢漏儀等。
5、工業氦氣廣泛用于氣球充氣：由于氦氣密度遠小于空氣（空氣的密度為1.29kg/m3，氦氣的密度為0.1786kg/m3），而且化學性質及不活潑，較氫氣安全（氫氣可以在空氣重燃燒，可能會引起爆炸），氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體。
6、在海洋開發領域的呼吸用混合氣體中，氣體溫度計的填充氣等。