燃料与助燃气体被点燃后形成火焰，只有燃料与助燃气体存在一个合适的比例，火焰才能在混合气体中进行连续传播，形成燃烧过程。氢气在混合气中的最小体积浓度和最大体积浓度分别称为氢气的燃烧下限和上限。氢气的燃烧极限为4%～75%，与其他大多数燃料相比，氢气的燃烧范围要宽得多。

通常把氢气的燃烧极限和爆炸极限统一为爆炸极限。这是由于氢爆炸作为化学反应是燃烧，是在燃烧极限内的混合气体在封闭空间内引起火焰传播，随着压力升高发生的爆炸行为。这与燃烧现象极其类似，使燃烧极限与爆炸极限这两个术语存在着重叠。氢气与其他燃料的燃烧极限见图。

氢气与其他燃料的燃烧极限

氢气在氧气中燃烧产生淡蓝色火焰，并生成水（气态）。氢气的燃点较高（101.325千帕，570℃），但其点火能很小（20微焦），很容易着火，在微小的静电火花下也容易着火。当它接触明火或遇热时就可燃烧，而且发出几乎看不见的火焰。工业中应用的氢氧焰焊接金属就是典型的氢气燃烧。氢气燃烧速率约为2.65～3.25米/秒，比甲烷和汽油高近一个数量级，因此氢气的火焰燃烧剧烈，存活时间较短。并且氢气在开放的大气中，很容易快速逃逸，而不像汽油蒸气挥发后滞留在空气中不易疏散，因此尽管氢气燃烧猛烈，然而氢气作为燃料比部分传统燃料安全。