Σε θερμοκρασία δωματίου, το ήλιο είναι ένα εξαιρετικά ελαφρύ, άχρωμο, άοσμο και άγευστο μονοατομικό αέριο. Είναι το πιο δύσκολο από όλα τα αέρια να υγροποιηθεί και είναι μια ουσία που δεν μπορεί να στερεοποιηθεί υπό τυπική ατμοσφαιρική πίεση. Μόλις υγροποιηθεί, καθώς η θερμοκρασία του πέφτει στους 2,174 Κ, παρουσιάζει μοναδικές ιδιότητες όπως εξαιρετικά χαμηλή επιφανειακή τάση, εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα και αμελητέα ιξώδες. Το υγρό ήλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη κρυογονικών θερμοκρασιών που πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν.
Χημικά, το ήλιο είναι εξαιρετικά αδρανές. Ωστόσο, όταν υποβάλλεται σε χαμηλή-ηλεκτρική εκκένωση πίεσης, εκπέμπει μια βαθιά κίτρινη λάμψη. Γενικά, δεν σχηματίζει χημικές ενώσεις. Ωστόσο, όταν διεγείρεται μέσα σε ένα σωλήνα εκκένωσης χαμηλής- πίεσης, μπορεί να σχηματίσει παροδικά ιόντα και μόρια όπως He2+ και HeH. Υπό κανονικές συνθήκες, είναι εξαιρετικά δύσκολο για το ήλιο να αντιδράσει με άλλες ουσίες, αν και υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μπορεί να σχηματίσει ενώσεις με ορισμένα μέταλλα. Καθώς η θερμοκρασία του υγρού ηλίου πέφτει στους 2,18 Κ, οι ιδιότητές του υφίστανται έναν ξαφνικό, δραματικό μετασχηματισμό: το ιξώδες του γίνεται ουσιαστικά μηδενικό-γίνοντας ένα "υπερρευστό" ικανό να ρέει προς τα πάνω κατά μήκος των τοιχωμάτων του δοχείου του-και η θερμική του αγωγιμότητα γίνεται 800 φορές μεγαλύτερη από αυτή τη θερμική αγωγιμότητα. Επιπλέον, η ειδική θερμοχωρητικότητα, η επιφανειακή τάση και η συμπιεστότητα του παρουσιάζουν ανώμαλες συμπεριφορές. Αυτό το εξαιρετικό ρευστό χαρακτηρίζεται ως Υγρό Ήλιο ΙΙ, ενώ η κανονική υγρή κατάσταση αναφέρεται ως Υγρό Ήλιο Ι.
