Helium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 2, was bedeutet, dass ein neutrales Heliumatom zwei Protonen und zwei Elektronen besitzt. Zu den wichtigsten chemischen Eigenschaften von Helium gehören Atommasse, Aggregatzustand, Siede- und Schmelzpunkt sowie Dichte. Das Element hat eine Atommasse von 4.0026 Gramm pro Mol und ist bei fast allen Temperatur- und Druckbedingungen ein Gas. Die Dichte von Helium beträgt 0.1786 Gramm pro Liter bei 32°F (0.0°C) und 101.325 Kilopascal (kPa).
Flüssiges und festes Helium kann nur unter extrem niedrigen Hochdruckbedingungen existieren. Eine der ungewöhnlichen Eigenschaften von Helium ist, dass es bei Normaldruck auch bei extrem niedrigen Temperaturen nicht als Feststoff oder Flüssigkeit existieren kann. Bei einem Druck von ungefähr 360 Pfund pro Quadratzoll (2.5 Megapascal) beträgt der Übergang zwischen Flüssigkeit und Festkörper oder der Schmelzpunkt -458°F (0.95 Kelvin). Der Siedepunkt beträgt -452 °F (4.22 Kelvin).
Einige der Eigenschaften von Helium machen es zu einem interessanten und weit verbreiteten Studienfach in der Quantenmechanik. Es ist aufgrund seiner niedrigen Ordnungszahl das zweiteinfachste Atom nach Wasserstoff. Mathematische Verfahren können verwendet werden, um das Verhalten der subatomaren Teilchen – Protonen, Elektronen und Neutronen – innerhalb des Heliumatoms zu analysieren. Solche Methoden können jedoch das Verhalten dieser Teilchen nicht mit absoluter Sicherheit bestimmen. Atome mit größeren Ordnungszahlen, die mehr subatomare Teilchen haben, sind im Hinblick auf die quantenmechanische Analyse tendenziell schwieriger zu bearbeiten.
Helium ist das am wenigsten reaktive aller Elemente. Die nichtreaktiven Eigenschaften von Helium ergeben sich daraus, dass es das leichteste der im Allgemeinen nichtreaktiven Edelgase ist. Ein Edelgas hat eine „volle“ Elektronenhülle, das heißt, es kann bei einer chemischen Reaktion nicht ohne weiteres Elektronen abgeben oder aufnehmen. Elektronenaustausch oder -teilung ist die Grundlage für die meisten chemischen Reaktionen, daher neigen die Edelgase dazu, an wenigen chemischen Reaktionen teilzunehmen. Außerdem hat Helium nur zwei Elektronen, die überhaupt an einer Reaktion teilnehmen könnten, während alle anderen Edelgase – und tatsächlich alle Elemente außer Wasserstoff – mehr haben.
Es gibt viele verschiedene Anwendungen für Helium, die sich aus den chemischen Eigenschaften von Helium ergeben – insbesondere seinem geringen Gewicht, seinen Temperatur- und Druckeigenschaften sowie seiner geringen Reaktivität. Helium ist beispielsweise erheblich leichter als Luft und wird daher häufig zum Befüllen von Ballons zum Schweben und Luftschiffen wie Luftschiffen zum Fliegen verwendet. Flüssiges Helium, das nur bei extremen Drücken und bei sehr tiefen Temperaturen existieren kann, dient als Kühlmittel für Supraleiter, die erst bei sehr tiefen Temperaturen ihre extrem leitfähigen Eigenschaften annehmen.