外观与状态：标准状况下为无色、无味、无臭的气体，无法通过感官直接分辨，是一种惰性气体。
密度极低：标准状况下密度约 0.1786 千克 / 立方米，仅为空气的 1/7 左右，是除氢气外密度最小的气体，因此常被用于填充气球。
难液化与低温特性：氦气是所有气体中最难液化的，其沸点低至 - 268.9℃（4.2K），临界温度为 - 267.9℃，接近绝对零度（-273℃）；常温常压下无法固化，需在降温同时加压至 2.5MPa 以上才能获得固体氦。
超流体特性：液氦温度低于 - 270.97℃（lambda 点）时，会转变为超流体，具有无摩擦流动、沿容器壁爬升、永不停歇旋转的特殊性质，且导热性是普通液氦的约一百万倍。
声速特性：氦气中声音传播速度远高于空气（约为空气的 3 倍），这也是吸入氦气会产生 “唐老鸭式” 变声的原因，因声速加快导致声音频率升高。
其他物理属性：氦气为单原子气体（氦原子即为氦分子），折射率约 1.02，表面张力极小；在电离状态下可成为电绝缘体，且具有亚稳态能级，能在低于电离电位的电压下保持电离状态。
极强惰性：氦气价态为 0，化学性质异常稳定，正常条件下不与任何元素发生化学反应，既不燃烧也不助燃，其电离能（24.58eV）是所有元素中最高的，电子亲和能接近 0，原子间仅存在微弱的范德华力。
特殊条件下的化合物：极端条件（高压、电子轰击、等离子体激发等）下，氦气可形成不稳定的激基复合物（如与钨、碘、氟等形成的短暂化合物），也可形成包合物、内嵌富勒烯化合物（如氦原子嵌入碳笼分子），还能与钠在 113GPa 以上高压下形成稳定的二钠合氦（Na₂He）。
同位素特性：氦有两种稳定同位素 —— 氦 - 4（常见）和氦 - 3（稀有），两者物理性质略有差异，液氦 - 4 和液氦 - 3 在低温下不互溶，会发生相分离。
无毒、无麻醉作用：对人体无直接毒性，但大量吸入会置换肺部氧气，引发窒息风险；液氦接触皮肤会导致低温灼伤。
用途相关特性：导热性优良、化学惰性强，可作为保护气；渗透性强、无腐蚀性，适合用于检漏；是优良的低温制冷剂，可用于获得接近绝对零度的低温，支撑超导技术发展。