അണുകേന്ദ്രങ്ങളുടെ സ്പിൻ ആപേക്ഷികാമായി രണ്ട് രീതിയിൽ വരാവുന്നതിനാൽ ഹൈഡ്രജൻ ദ്വയാണു തന്മാത്രകളുടെ രണ്ട് വിധത്തിലുള്ള സ്പിൻ ഐസോമറുകളുണ്ട്. രണ്ട് പ്രോട്ടോണുകളുടെ സ്പിന്നുകൾ സമാന്തരമായി വരുന്നതാണ് ഓർത്തോഹൈഡ്രജൻ, താന്മാത്രാ ക്വാണ്ടം സഖ്യ 1 (½+½) ഓടെയുള്ള ത്രിഗുണാവസ്ഥ രൂപപ്പെടുന്നു; പാരാഹൈഡ്രജൻ രൂപത്തിൽ സിപിന്നുകൾ പ്രതിസമാന്തരമായിരിക്കും (antiparallel), തന്മാത്ര ക്വാണ്ടം സംഖ്യ 0 (½-½) ഓടെയുള്ള ഏകഗുണാവസ്ഥയും. സാധാരണ താപനിലയിലും മർദ്ദത്തിലും ഹൈഡ്രജൻ വാതകത്തിലെ തന്മാത്രകളിൽ 25 ശതാമാനം പാരഹൈഡ്രജനും 75 ശതമാനം ഓർത്തോഹൈഡ്രജനും ആയിരിക്കും. താപനിയ്ക്കനുസരിച്ച് ഇവയുടെ അനുപാതം മാറുന്നു, പാരാ രൂപത്തേക്കാൾ ഉർജ്ജം കൂടിയ ഉത്തേജിത രൂപമാണ് ഓർത്തോ എന്നതിനാൽ ഓർത്തോ രൂപം അസ്ഥിരമാണ് അതുകൊണ്ട് തന്നെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാനാവില്ല. വളരെ താഴ്ന്ന താപനിലയോടെയുള്ള സന്തുലിതാവസ്ഥകളിൽ ഏതാണ്ട് പൂർണ്ണമായും പാരാഹൈഡ്രജനുകളായിരിക്കും ഉണ്ടാവുക. ഭ്രമണ താപധാരിതകളിൽ (rotational heat capacity) ഉള്ള വ്യത്യാസം കാരണമായി ശുദ്ധമായ പാരാഹൈഡ്രജന്റെ ദ്രാവക വാതക താപഗുണങ്ങൾ സാധാരണ ഹൈഡ്രജനിൽ നിന്നും വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും. ജലം, മെഥിലീൻ തുടങ്ങിയ ഹൈഡ്രജൻ ഉൾപ്പെടുന്ന തന്മാത്രകളിലും ഫങ്ഷനൽ ഗ്രൂപ്പുകളിലും ഈ രീതിയിലുള്ള ഓർത്തോ/പാരാ വേർതിരിവുകൾ കണ്ടുവരുന്നെങ്കിലും താപഗുണങ്ങളിൽ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങളേ കാണപ്പെടുന്നുള്ളൂ.

പാര ഓർത്തോ ഹൈഡ്രജൻ തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ഉല്പ്രേരക രഹിതമായ പരിവർത്തനങ്ങൾ താപനില ഉയരുന്നതിനനുസരിച്ച് വർദ്ധിക്കുന്നു; പൊടുന്നനെ സാന്ദ്രീകരിക്കപ്പെട്ട H ൽ വലിയ അളവിൽ ഉന്നതോർജ്ജ പാര രൂപങ്ങളാണുണ്ടാകുകയും അവ സാവധാനം ഓർത്തോ രൂപത്തിലേക്ക് മാറുകയും ചെയ്യും. ദ്രവ ഹൈഡ്രജൻ തയ്യാറാക്കുന്നതിന്റേയും സൂക്ഷിക്കുന്നതിന്റേയും സന്ദർഭങ്ങളിൽ സാന്ദ്രീകരിക്കപ്പെട്ട H ലെ ഓർത്തോ/പാര അനുപാതം പ്രധാന്യമർഹിക്കുന്ന ഒന്നാണ്: ഓർത്തോയിൽ നിന്ന് പാരയിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനം താപോൽസർജ്ജമായതിനാൽ (exothermic) ദ്രവ ഹൈഡ്രജന്റെ ഒരു ഭാഗം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നതിനും ദ്രവീകൃത പദാർത്ഥം നഷ്ടപ്പെടുന്നതിനും ഇടയയായേക്കാം. ഫെറിക്ക് ഓക്സൈഡ്, ആക്റ്റിവേറ്റഡ് കാർബൺ, പ്ലാറ്റിനീകൃത ആസ്ബെസ്റ്റോസ്, റയർ എർത്ത് മെറ്റലുകൾ, യുറേനിയം സംയുക്തങ്ങൾ, ക്രോമിക്ക് ഓക്സൈഡ്, ചില നിക്കൽ സംയുക്തങ്ങൾ തുടങ്ങിയ ഒർത്തോ-പാര പരിവർത്തന ഉല്പ്രേരകങ്ങൾ ഹൈഡ്രജൻ ശീതികരണത്തിന് ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.

പ്രോട്ടോണീകൃത തന്മാത്ര ഹൈഡ്രജൻ അഥവ എന്ന തന്മാത്രാ രൂപം നക്ഷത്രാന്തരീയ ഇടങ്ങളിൽ കണ്ടുവരുന്നു, താന്മാത്ര ഹൈഡ്രജൻ പ്രപഞ്ചിക കിരണങ്ങളാൽ അയോണീകരിക്കപ്പെടുമ്പോഴാണ് അവ രൂപപ്പെടുന്നത്. വ്യാഴം ഗ്രഹത്തിന്റെ അന്തരീക്ഷത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിലും ഈ രൂപത്തിലുള്ള തന്മാത്രകൾ ഉണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. കുറഞ്ഞ താപനിലയും സാന്ദ്രതയും ആകയാൽ ബഹിരാകാശ ഇടങ്ങളിൽ ഈ രൂപത്തിലുള്ള തന്മാത്ര ആപേക്ഷികമായി സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്. പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഏറ്റവും അധികം കാണപ്പെടുന്ന അയോണുകളിൽ ഒന്ന് കൂടിയാണ് , നക്ഷത്രാന്തരയിടങ്ങളിലെ രാസഘടനയിൽ ഈ തന്മാത്രയ്ക്ക നല്ല പങ്കുണ്ട്. ഉത്തേജിത രൂപത്തിൽ മാത്രം നിലനിൽപ്പുള്ള നിഷ്പക്ഷമായ H തന്മാത്ര അസ്ഥിരമാണ്.

പ്രോട്ടിയം
സംയുക്തങ്ങൾ
തന്മാത്രാ രൂപങ്ങൾ
ഐസോടോപ്പുകൾ