Pri sobni temperaturi je helij izredno lahek, enoatomski plin brez barve, vonja in okusa. Od vseh plinov ga je najtežje utekočiniti in je snov, ki se pod običajnim atmosferskim tlakom ne more strditi. Ko se utekočini, ko njegova temperatura pade na 2,174 K, kaže edinstvene lastnosti, kot so izjemno nizka površinska napetost, izjemno visoka toplotna prevodnost in zanemarljiva viskoznost. Tekoči helij se lahko uporablja za doseganje kriogenih temperatur, ki se približujejo absolutni ničli.
Kemično je helij zelo inerten; ko pa je izpostavljen niz{0}}električni razelektritvi, oddaja temno rumen sij. Na splošno ne tvori kemičnih spojin; kljub temu pa lahko ob vzburjenju znotraj nizkotlačne razelektritvene cevi začasno tvori ione in molekule, kot sta He²⁺ in HeH. V običajnih pogojih helij izjemno težko reagira z drugimi snovmi, čeprav lahko v posebnih pogojih tvori spojine z nekaterimi kovinami. Ko temperatura tekočega helija pade na 2,18 K, se njegove lastnosti nenadoma dramatično spremenijo: njegova viskoznost postane skoraj enaka nič-postane "supertekočina", ki lahko teče navzgor vzdolž sten svoje posode-in njegova toplotna prevodnost postane 800-krat večja od prevodnosti bakra, zaradi česar je izjemno učinkovit toplotni prevodnik; poleg tega se njegova specifična toplotna kapaciteta, površinska napetost in stisljivost obnašajo nenormalno. Ta izjemna tekočina je označena kot tekoči helij II, medtem ko je normalno tekoče stanje označeno kot tekoči helij I.
