Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru (89 %) a třetím (po kyslíku a křemíku) nejrozšířenějším prvkem na Zemi (15,4 % atomů). Uvažuje-li se hmotnostní zastoupení, je s 0,88 % na devátém místě v pořadí, v povrchových horninách je jeho obsah 0,15 % (10. místo). Volný je jen v nepatrném množství. Je významným biogenním prvkem a tvoří více sloučenin než kterýkoliv jiný prvek včetně uhlíku.
Atom vodíku 1H je nejjednodušším atomem periodického systému tvořený jedním protonem a jedním elektronem. Je prvkem s-bloku, kde spolu s heliem představují jediné dva nekovové prvky. Vedle 1H má dva další izotopy – deuterium 2H resp. D a tritium 3H resp. T. V přírodě je zastoupení deuteria velmi malé (156 ppm) a tritia nepatrné (10-12 ppm). Všechny izotopy vodíku tvoří za běžných podmínek stabilní biatomické molekuly. Celkem je známo přes čtyřicet forem (částic) existence tohoto prvku.
Divodík H2 (b. v. -252,8 °C, b. t. -259,2 °C) je nejlehčím existujícím plynem bez barvy, chuti a zápachu, nerozpustný ve vodě. Biatomické molekuly H2 jsou termicky vysoce stabilní (disociační energie 434,1 kJ.mol -1, při 2 000 K je disociováno 0,08 %, při 3 000 K 7,85 % a až při 5 000 K 95,5 % molekul) a jsou schopny difundovat pevnými porézními materiály.
Byly identifikovány (1924) dva jaderné izomery divodíku dané existencí spinu vodíkových jader – ortho- (paralelní spin jader) a para-vodík (opačný spin jader).
 ortho-divodík |  para-divodík |
Rovnovážný poměr obou forem je za normálních podmínek 3:1. Ochlazením lze připravit prakticky čistý para-vodík (99,7 % , proces přeměny katalyticky urychluje aktivní uhlí) , nejvyšší dosažitelný obsah ortho-vodíku je pouze 75 %. Přeměna ortho- na para-formu je exotermická, a zkapalněný vodík je proto nutno chladit, aby nedocházelo k jeho ztrátám odpařováním. Pro 99% para-vodík při dokonalé tepelné izolaci již chlazení není nutné.
Dideuterium D2 má o několik stupňů vyšší body tání a varu než divodík, jaderný spin má hodnotu jedna, existuje rovněž v ortho- a para-formě. Za laboratorní teploty je poměr obou forem 2:1 a v blízkosti 0 K existuje výlučně v ortho-formě. V přírodě se vyskytuje v hydrosféře ve formě D2O, která se získává frakční destilací nebo elektrolýzou (1932) mořské vody. H2O se rozkládá snáze než D2O, obohacování charakterizuje separační faktor s = (H/D)(g)/(H/D)(l) závisející na alkalitě prostředí a materiálu elektrod; při s = 5 vyžaduje 10% obohacení těžkou vodou snížení objemu kapalné fáze elektrolýzou 2400×, 99% obohacení 130000×, při s 10 vyžaduje 99% obohacení snížení objemu 22000×.
Radioaktivní ditritium T2 (rozpad na He emisí elektronu, τ1/2 = 12,4 roku) bylo připraveno (1934) jadernou reakcí
2H (2H, p) 3H
V přírodě se vyskytuje se v horních vrstvách atmosféry, kde vzniká reakcí
14N (n, 3H) 12C
Po zahájení pokusných jaderných výbuchů v atmosféře (1954) vzrostla jeho koncentrace v ovzduší 100×, po zákazu takových experimentů se přirozeným rozpadem vrátila na původní úroveň. Molekuly T2 a H2 mají stejný jaderný spin (1/2) a chování jejich jaderných izomerů je proto shodné. Tritium se připravuje v reaktorech reakcí 6Li (n, α) 3H, uchovávat je ho možno jako UT3, z něhož se snadno získá zpět termickým rozkladem. Práce s ním je poměrně bezpečná, protože při rozpadu neemituje záření γ (záření β− zastaví vrstva vzduchu o tloušťce 6 mm nebo vody o síle 6 µm). S čistou T2O nelze běžně pro její vysokou aktivitu způsobující radiolýzu rozpuštěných částic pracovat (běžně se užívá 1% roztok T2O v H2O). Používá se jako sledovač (tracer) při studiu reakčních mechanismů. Substituce vodíku tritiem je snazší než deuteriem pro výrazně rychlejší ustavení rovnováhy. Lze použít přímý styk látky s T2 (g) nebo (cca 1000× účinněji) reakce v roztocích s využitím platiny nebo palladia jako přenašečů vodíku.