在18世纪末以前，曾经有不少人做过制取氢气的实验，所以实际上很难说是谁发现了氢，即使公认对氢的发现和研究有过很大贡献的英国科学家卡文迪许也认为氢的发现不只是他的功劳。早在16世纪，瑞士著名医生帕拉塞斯就描述过铁屑与酸接触时有一种气体产生；17世纪时，比利时著名的医疗化学派学者海尔蒙特曾偶然接触过这种气体，但没有把它离析、收集起来。尽管波义耳偶然收集过这种气体，但并未进行研究。他们只知道它可燃，此外就很少了解。1700年，法国药剂师勒梅里在巴黎科学院的《报告》上也提到过它。
最早把氢气收集起来，并对它的性质仔细加以研究的是卡文迪什。因此，在化学元素发现史上氢气的发现者目前公认的是卡文迪许。
1766年，卡文迪许用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得一种被他命名为“易燃空气”的气体(实际就是氢气)，他用普利斯特里发明的排水集气法把它收集起来，进行研究。他发现这种气体与空气混合后点燃会发生爆炸，与氧气化合后会生成水。不仅如此，卡文迪许还发现该气体不溶于水和碱液，与各种不同类型的酸作用时，所产生的量都是固定的，酸的种类、浓度都影响不了它。这样特殊的性质与其他已知气体都不相同，以此推论这该是一种新的元素。
但是由于卡文迪许是一个虔诚的燃素说信徒，按照他的理解：这种气体燃烧起来这么猛烈，一定富含燃素；硫磺燃烧后成为硫酸，那么硫酸中是没有燃素的；而按照燃素说金属也是含燃素的。所以他错误地认为这种气体是从金属中分解出来的，而不是来自酸中。
由于氢气的密度很小，卡文迪许曾一度把它当成梦寐以求的燃素。这种推测很快就得以当时的一些杰出化学家舍勒、基尔万等的赞同。其他许多燃素论者也因此而欢欣鼓舞。由于充满氢气的气球在空气中会徐徐上升，这种现象在当时曾被一些燃素学说的信奉者们当成他们论证燃素具有负重量的重要根据。但好景不长，科学态度严谨的卡文迪许通过一系列的实验终于弄清了空气浮力问题，而且证明了氢气是有重量的，只是密度比空气小得多而已，不能作为燃素存在的证明。
1782年，法国化学家拉瓦锡在建立正确的燃烧理论的基础上，用红热的枪筒分解了水蒸气，他明确地提出：水不是元素而是氢和氧的化合物。这个正确的结论纠正了2000多年来把水当作元素的错误概念。此后的1787年，他把过去称作“易燃空气”的这种气体命名为“(Hydrogne”(氢)，意思是“产生水的”，并确认它是一种元素。