过去大部分学者认为，氢气是生理惰性气体，不具有生物学活性。只有少数人认为，氢气在机体内可发挥抗氧化保护作用。1975年Dole 等报道，高压氢气可通过抗氧化作用抑制动物皮肤肿瘤的形成，但并未引起学术界的重视。直到2007年，Ohsawa 等报道动物呼吸 2%氢气可有效清除自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤，并发现氢气溶解在液体中可选择性中和羟自由基和过氧亚硝酸阴离子，而二者是氧化损伤的最重要介质，因此认为氢气治疗脑缺血再灌注损伤的基础是选择性地抗氧化作用。该报道掀起了研究氢气治疗疾病的热潮，迄今已发表了近百篇相关论文，报道了氢气对多种疾病的治疗作用，为氢气医学的建立打下了坚实基础。

氢气与传统抗氧化剂相比具有多种优点：

——还原性相对较低，具有选择性抗氧化作用，可以选择性地清除羟自由基及过氧亚硝酸阴离子，而不影响超氧阴离子和过氧化氢等具有信号作用的活性氧；

——对分子质量小，且具有较好的脂溶、水溶性，能自由扩散到线粒体等靶点部位；

——潜水医学的长期研究证明了氢气对人体没有毒性作用。因此，作为一个抗氧化剂，氢气具有较好的临床应用前景。最近的研究发现，氢气具有选择性抗氧化作用，可以通过吸入氢气、氢盐水注射或滴眼、饮用含氢水及促进肠道细菌产氢的方式预防和治疗如缺血再灌注损伤、器官移植损伤、神经变性疾病、动脉粥样硬化和代谢综合征等多种疾病。

与传统抗氧化剂比较，氢气虽然具有多种优点，但是目前的结论大多只是在动物模型上得到，临床效果尚不能完全确定，作用机制还有待系统深入的药代动力学、生物学和毒理学研究进一步阐明。

人们使用多种动物模型和临床观察，确定了氢气可以治疗63种人类疾病，这些研究大部分采用啮齿类动物疾病模型。氢气最重要的效应是对氧化应激相关疾病有很好的治疗效果，例如新生儿脑缺氧、帕金森病、组织缺血/再灌注(脊髓、心脏、肺、肝、肾和小肠)。

氢气的选择性抗氧化仍是目前公认的氢气治疗疾病的最主要机制。另外，氢气对细胞死亡、炎症反应的作用也是氢气生物学效应研究的重要内容。