在室温和大气压力下，氦气是无色、无味的气体。它在干空气中的体积含量为5.24×10-6。是人类发现临界温度最低的物质。进行低压放电时显深黄色。

氦气不能仅靠将饱和液体冷却到绝对零度而固化。要使氦气固化，必须施以相应压力。在2.173K，氦气将或多少从正常液体转变成一种具有独特性质的流体。温度高于2.173K的液体称为氦Ⅰ。低于此温度的液体称为氦Ⅱ。氦Ⅱ为超流体。它的熵为零，热导率极高，黏度几乎为零。

由于液氦温度低，用液氦冷却某些金属或金属化合物，金属或金属化合物的电阻会完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。

因为氦气传播声音的速度差不多为空气的三倍，所以吸入氦气的人说话的声音会变高频率。这个有趣的现像，使得吸入氦气的人说话尖声细气，就好像旧时的卡通人物一样。

氦气是单原子气体，化学性质不活泼。氦气一般不生成化合物，在低压放电管中受激发可形成He+2、HeH等离子及分子。

高纯氦气广泛应用于军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、高精度焊接、光电子产品生产等。
1、高纯氦气用作保护气：利用氦气不活泼的化学性质，氦气常用于镁、锆、铝、钛等金属焊接的保护气。
2、高纯氦气可用作高真空装置、原子核反应堆在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体。高纯氦气还用作原子反应堆的清洗剂
3、高纯氦气在超导技术交通行业的磁悬浮列车，医疗领域的核磁共振成像设备都有较大的应用。利用液氦的-268.9℃的低沸点，液氦可以用于超低温冷却。而超低温冷却技术在超导技术等领域有较广泛的应用，超导材料需要在低温（100K左右）中才能表现出超导特性，大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温。
4、气相色谱分析中高纯氦气常作为载气，利用氦气渗透性好、不可燃的特点，高纯氦气还应用于真空检漏，如氦质谱检漏仪等。
5、工业氦气广泛用于气球充气：由于氦气密度远小于空气（空气的密度为1.29kg/m3，氦气的密度为0.1786kg/m3），而且化学性质及不活泼，较氢气安全（氢气可以在空气重燃烧，可能会引起爆炸），氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体。
6、在海洋开发领域的呼吸用混合气体中，气体温度计的填充气等。