Na sobnoj temperaturi, helijum je izuzetno lagan monoatomski gas bez boje, mirisa i ukusa. To je najteže od svih plinova za ukapljivanje i tvar je koja se ne može očvrsnuti pod standardnim atmosferskim pritiskom. Jednom ukapljen, kako mu temperatura padne na 2,174 K, pokazuje jedinstvena svojstva kao što su ekstremno niska površinska napetost, izuzetno visoka toplotna provodljivost i zanemarljiv viskozitet. Tečni helijum se može koristiti za postizanje kriogenih temperatura koje se približavaju apsolutnoj nuli.
Hemijski, helijum je veoma inertan; međutim, kada je podvrgnut niskom-električnom pražnjenju, emituje tamno žuti sjaj. Generalno, ne formira hemijska jedinjenja; ipak, kada je pobuđen unutar cijevi za pražnjenje niskog-pritiska, može privremeno formirati jone i molekule kao što su He²⁺ i HeH. U normalnim uslovima, helijum je izuzetno teško da reaguje sa drugim supstancama, ali pod određenim uslovima može formirati jedinjenja sa određenim metalima. Kako temperatura tečnog helijuma pada na 2,18 K, njegova svojstva prolaze kroz iznenadnu, dramatičnu transformaciju: njegov viskozitet postaje praktički nula-postaje "superfluid" sposoban da teče prema gore duž stijenki spremnika-i njegova toplotna provodljivost postaje 800 puta veća od toplotne provodljivosti bakra; osim toga, njegov specifični toplinski kapacitet, površinska napetost i kompresibilnost pokazuju anomalno ponašanje. Ova izuzetna tečnost je označena kao tečni helijum II, dok se normalno tečno stanje naziva tečni helijum I.
