ที่อุณหภูมิห้อง ฮีเลียมเป็นก๊าซโมเลกุลเดี่ยวที่เบามาก ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่มีรส ก๊าซที่ทำให้กลายเป็นของเหลวได้ยากที่สุดและเป็นสารที่ไม่สามารถแข็งตัวได้ภายใต้ความดันบรรยากาศมาตรฐาน เมื่อทำให้กลายเป็นของเหลว เมื่ออุณหภูมิลดลงเหลือ 2.174 K ก็แสดงคุณสมบัติพิเศษ เช่น แรงตึงผิวต่ำมาก ค่าการนำความร้อนสูงเป็นพิเศษ และความหนืดเล็กน้อย ฮีเลียมเหลวสามารถนำมาใช้เพื่อให้อุณหภูมิเยือกแข็งใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ได้
ในทางเคมี ฮีเลียมมีความเฉื่อยสูง แต่เมื่อถูกปล่อยประจุไฟฟ้าแรงดันต่ำ- จะปล่อยแสงสีเหลืองเข้มออกมา โดยทั่วไปจะไม่ก่อให้เกิดสารประกอบทางเคมี แต่เมื่อตื่นเต้นภายในท่อระบายแรงดันต่ำ- มันก็จะก่อตัวเป็นไอออนและโมเลกุลชั่วคราว เช่น He²⁺ และ HeH ภายใต้สภาวะปกติ ฮีเลียมจะทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ได้ยากอย่างยิ่ง แม้ว่าภายใต้สภาวะเฉพาะเจาะจง ฮีเลียมสามารถก่อตัวเป็นสารประกอบกับโลหะบางชนิดได้ เมื่ออุณหภูมิของฮีเลียมเหลวลดลงเหลือ 2.18 เคลวิน คุณสมบัติของมันจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันอย่างรวดเร็ว ความหนืดของมันจะแทบจะเป็นศูนย์-กลายเป็น "ของเหลวยิ่งยวด" ที่สามารถไหลขึ้นไปตามผนังของภาชนะบรรจุได้- และค่าการนำความร้อนของมันจะมากกว่าทองแดงถึง 800 เท่า ทำให้มันเป็นตัวนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ นอกจากนี้ ความจุความร้อนจำเพาะ แรงตึงผิว และความสามารถในการอัด ล้วนแสดงพฤติกรรมที่ผิดปกติ ของเหลวพิเศษนี้ถูกกำหนดให้เป็น Liquid Helium II ในขณะที่สถานะของเหลวปกติเรียกว่า Liquid Helium I
