A temperatura ambient, l'heli és un gas monoatòmic extremadament lleuger, incolor, inodor i insípid. És el gas més difícil de liquar i és una substància que no pot solidificar-se a pressió atmosfèrica estàndard. Un cop liquat, a mesura que la seva temperatura baixa a 2,174 K, presenta propietats úniques com ara una tensió superficial extremadament baixa, una conductivitat tèrmica excepcionalment alta i una viscositat insignificant. L'heli líquid es pot utilitzar per aconseguir temperatures criogèniques properes al zero absolut.
Químicament, l'heli és altament inert; tanmateix, quan se sotmet a una descàrrega elèctrica de baixa-pressió, emet una resplendor groc intens. Generalment, no forma compostos químics; tanmateix, quan s'excita dins d'un tub de descàrrega de baixa pressió-, pot formar de manera transitòria ions i molècules com He²⁺ i HeH. En condicions normals, és extremadament difícil que l'heli reaccioni amb altres substàncies, tot i que en condicions específiques, pot formar compostos amb certs metalls. A mesura que la temperatura de l'heli líquid cau a 2,18 K, les seves propietats pateixen una transformació sobtada i dramàtica: la seva viscositat esdevé pràcticament nul·la-convertint-se en un "superfluid" capaç de fluir cap amunt per les parets del seu recipient-i la seva conductivitat tèrmica esdevé 800 vegades més eficient que la del coure, convertint-lo en un conductor tèrmic excepcional; a més, la seva capacitat tèrmica específica, tensió superficial i compressibilitat presenten comportaments anòmals. Aquest fluid extraordinari es designa com a Heli líquid II, mentre que l'estat líquid normal es coneix com a Heli líquid I.
