过去，大多数学者认为氢气是一种生理惰性气体，缺乏生物活性。只有少数研究人员认为，氢气在体内具有抗氧化保护的功能。1975年，Dole等人报告称，高压氢气能够通过抗氧化机制抑制动物皮肤肿瘤的形成，但当时并未引起学界的关注。直到2007年，Ohsawa等人的研究显示，动物吸入2%氢气能够有效清除自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤，并发现氢气溶解在液体中能够选择性中和羟自由基和过氧亚硝酸阴离子，这两者是导致氧化损伤的主要因素，因此他们认为氢气治疗脑缺血再灌注损伤的机制在于其选择性的抗氧化作用。

氢气相较于传统的抗氧化剂有许多优点：

1.其还原能力相对较低，具备选择性抗氧化特性，能够专门清除羟基自由基和过氧亚硝酸阴离子，而不影响超氧阴离子和过氧化氢等具有信号传递作用的活性氧。

2.分子质量较小且具有良好的脂溶性和水溶性，可以自由扩散到线粒体等靶点位置。

氢气作为一种药物，显示出良好的临床应用前景。氢气具有选择性的抗氧化特性，可以通过多种方式进行预防和治疗。具体方法包括吸入氢气、注射氢盐水、滴入含氢水眼药水，或饮用富含氢的水，以及促进肠道细菌产生氢气。这些方法有助于防治缺血再灌注损伤、器官移植损伤、神经退行性疾病、动脉粥样硬化及代谢综合征等多种疾病。

与传统抗氧化剂相比，氢气虽然有许多优点，但目前的结论主要基于动物模型，临床效果尚未完全确认。同时，其作用机制也需要通过系统而深入的药代动力学、生物学和毒理学研究来进一步厘清。

研究表明，氢气能够治疗63种人类疾病，并且这些研究主要通过多种动物模型和临床观察进行，其中大多数使用了啮齿类动物作为疾病模型。氢气对氧化应激相关疾病的治疗效果尤为显著，比如新生儿脑缺氧、帕金森病以及脊髓、心脏、肺、肝、肾和小肠的组织缺血/再灌注等情况。

氢气的选择性抗氧化作用被广泛认为是其治疗疾病的主要机制。此外，氢气对细胞死亡和炎症反应的影响也是氢气生物学效应研究的重要方面。