Vätgas används i stora mängder som råvara vid produktion av ammoniak, metanol, väteperoxid, polymerer och lösningsmedel. Stora mängder går också åt vid oljeraffinaderier för att hydrera till exempelvis bensin och diesel. Gasen används även för att hydrera många animaliska och vegetabiliska oljor samt vid tillverkning av vitaminer och andra läkemedelsprodukter. Det är också vanligt att man använder vätgas vid värmebehandling, glastillverkning, svetsning och andra metallurgiska applikationer för att skapa en reducerad atmosfär (dvs. utan oxiderande syre).
Ett annat användningsområde för vätgas är som energi i bränsleceller. En bränslecell omvandlar energi, vilken kan användas för att göra om vätgasens kemiska energi till elektricitet och värme på ett effektivt sätt. Restprodukten som bildas i processen är vatten. Bränslecellens verkningsgrad är hög, vilket innebär att den ofta kan kompensera för energiförlusten som uppstår vid själva vätgasproduktionen. Och talar man om vätgas som energibärare handlar det ofta om transportbränsle. De allra flesta stora biltillverkare satsar stora resurser på att ta fram bränslecellsfordon för en kostnadseffektiv serieproduktion. Det finns flera synergier mellan vätgas, natur- och biogas – exempelvis kan tankstationer för fordonsgas utökas med vätgas.
Vätgas och bränsleceller används inte enbart till fordon utan kan även användas för uppvärmning av och elförsörjning till byggnader. Tekniken kan även användas för att minska sårbarheten i telenätet i samband med stormar eller andra störningar – och då i form av reservkraftsystem till basstationer och telefonväxlar. Vätgas och bränsleceller kan även används som s.k. stand alone-system för samhällen som helt saknar anslutning till elnät. Dessutom kan bränsleceller även användas i portabel teknik som mobiltelefoner och kameror. Driftstiden blir längre jämfört med batterier och laddningen är inte beroende av elnätet.