À temperatura ambiente, o hélio é um gás monoatômico extremamente leve, incolor, inodoro e insípido. É o mais difícil de todos os gases de liquefazer e é uma substância que não pode solidificar sob pressão atmosférica padrão. Uma vez liquefeito, à medida que sua temperatura cai para 2,174 K, ele exibe propriedades únicas, como tensão superficial extremamente baixa, condutividade térmica excepcionalmente alta e viscosidade insignificante. O hélio líquido pode ser utilizado para atingir temperaturas criogênicas próximas do zero absoluto.
Quimicamente, o hélio é altamente inerte; entretanto, quando submetido a uma descarga elétrica de baixa-pressão, ele emite um brilho amarelo profundo. Geralmente não forma compostos químicos; ainda assim, quando excitado dentro de um tubo de descarga de baixa-pressão, ele pode formar transitoriamente íons e moléculas como He²⁺ e HeH. Em condições normais, é extremamente difícil para o hélio reagir com outras substâncias, embora em condições específicas possa formar compostos com certos metais. À medida que a temperatura do hélio líquido cai para 2,18 K, suas propriedades passam por uma transformação repentina e dramática: sua viscosidade torna-se virtualmente zero-tornando-se um "superfluido" capaz de fluir para cima ao longo das paredes de seu recipiente-e sua condutividade térmica se torna 800 vezes maior que a do cobre, tornando-o um condutor térmico excepcionalmente eficiente; além disso, sua capacidade térmica específica, tensão superficial e compressibilidade exibem comportamentos anômalos. Este fluido extraordinário é designado como Hélio Líquido II, enquanto o estado líquido normal é referido como Hélio Líquido I.
