L'hélium est le deuxième élément le plus léger après l'hydrogène et celui dont le point d'ébullition est le plus bas et la liquéfaction la plus difficile ; à température ambiante, c'est un gaz inerte, incolore et inodore, à la chimie extraordinairement stable. Son usage haut de gamme le plus important est le refroidissement cryogénique : l'hélium liquide bout près du zéro absolu et constitue le seul réfrigérant praticable pour les aimants supraconducteurs des appareils d'IRM hospitaliers, des accélérateurs de particules, des expériences d'informatique quantique et des grandes installations de recherche, sans lequel ces dispositifs ne peuvent fonctionner. En plongée profonde et en plongée à saturation, les mélanges respiratoires hélium-oxygène remplacent l'azote pour prévenir la narcose à l'azote et raccourcir les temps de décompression ; ils sont largement employés sur les plateformes pétrolières et gazières offshore et dans les opérations de renflouement.
En soudage, l'inertie et la conductivité thermique élevée de l'hélium en font le gaz de protection privilégié pour le soudage à l'arc des alliages d'aluminium, de l'acier inoxydable, du cuivre et du magnésium, ainsi que l'atmosphère inerte utilisée pour la croissance des cristaux semi-conducteurs et le fibrage optique. Parce que les atomes d'hélium sont minuscules et chimiquement inertes, c'est aussi le gaz traceur de référence pour la détection de fuites sur les climatiseurs, les réfrigérateurs, les bouteilles de gaz et les soudures des aéronefs et des engins spatiaux. Dans la vie quotidienne, l'hélium gonfle les ballons de fête, les dirigeables et les jouets gonflables : sa masse volumique très inférieure à celle de l'air lui donne une force ascensionnelle et, contrairement à l'hydrogène, il ne brûle pas. On le préfère justement parce que son point d'ébullition est extrêmement bas et son inertie chimique extrême, y compris aux températures cryogéniques et au contact de métaux très réactifs.
L'hélium est un gaz noble à couche électronique saturée, d'une chimie extraordinairement stable ; il ne forme pratiquement aucun composé neutre stable, si bien que sa valeur industrielle et grand public provient presque entièrement des propriétés physiques du gaz élémentaire lui-même, à savoir sa faible masse volumique, son point d'ébullition très bas et son inertie chimique. Les seules espèces d'hélium connues n'apparaissent que dans des conditions de laboratoire extrêmes (cryogénie, hautes pressions ou isolation en matrice), comme les molécules hypothétiques de type difluorure d'hélium et les clathrates ; elles sont instables à température et pression ordinaires et n'ont aucun usage pratique. Ce que le marché appelle « composés de l'hélium » désigne en général des mélanges gazeux contenant de l'hélium ou des produits gonflés à l'hélium, et non des composés chimiques au sens strict.
