氮气和氢气的反应是放热反应。化学方程式是N₂(g)+3H₂(g)→2NH₃(g)△H=-92.4kJ/mol。氮气的化学式为N₂，为无色无味气体。氮气化学性质很不活泼，在高温高压及催化剂条件下才能和氢气反应生成氨气；在放电的情况下才能和氧气化合生成一氧化氮；即使Ca、Mg、Sr和Ba等活泼金属也只有在加热的情形下才能与其反应。由于氮的化学惰性，常用作保护气体。

氮气的这种高度化学稳定性与其分子结构有关。2个N原子以叁键结合成为氮气分子，包含1个σ键和2个π键，因为在化学反应中首先受到攻击的是π键，而在N₂分子中π键的能级比σ键低，打开π键困难，因而使N₂难以参与化学反应。

液氮还可用作深度冷冻剂。作为冷冻剂在医院做除斑，包，豆等的手术时常常也使用。该反应的机理很复杂，并不是简单的先断键再成键就完成的。反应过程中释放能量的阶段对应反应物被铁触媒表面吸附的过程，其中的小峰对应该步骤反应的活化能，并不矛盾。

工业上一般从天然气或水煤气制氢气，而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料，设计也更加复杂。