氢气是现代炼油工业和化学工业的基本原料之一，在广泛范围内氢以多种形式用于石油化学工业。我国的合成氨生产的主要原料是煤制气、天然气、石脑油和重油，一个1000t/d规模的合成氨厂，每生产1t氨氨约需氢气336m³。与合成氨一样，合成甲醇的氢大部分也是由煤制气、天然气、石脑油或重油制取，一个日产千吨级规模的甲醇厂，每生产1t甲醇约需氢气560 m^3。。由于甲醇是一种基本有机化工原料，又可作为代替燃料，其需要量日益增长，因而用于甲醇合成的氢气量也有可能继续增长。

石油炼制工业用氢量仅次于合成氨。在石油炼制过程中，氢气主要用于石脑油加氢脱硫、粗柴油加氢脱硫、燃料加氢脱硫、改善飞机燃料性能和加氢裂化等方面；在石油化工领域，氢气主要用于C₃馏分加氢=汽油加氢、C₆~C₈。馏分加氢脱烷基以及生产环已烷等方面。

催化重整原料的加氢是除石脑油中的硫化物、氮化物、铅和砷等杂质，是石油炼制工业是zui早使用的过程。加氢裂化是在氢气存在下进行的催化裂化过程，反应主要特征是C-C键断裂。选择性加氢主要用于高温裂解产物，对乙烯馏分进行气相加氢，对丙烯馏分采用液相加氢。

加氢精制也是除去有害化合物的过程，除硫化氢、硫醇、总硫之外，炔烃、烯烃、金属和准金属等均可在加氢过程中除去。因而，在现代石油化学加工过程中，利用加氢工艺可以改善石油化学品的质量，增加zui有价值的石油化学品的产量，减少重油残渣和焦油的生成，降低结炭量，提高石油加工厂的适应性，从石油加工废物中可以得到很多有价值的石油化学产品，净化一系列产品，除去有害杂质。氢是现代石油加工工业产品zui通用的交化剂，能提高大型裂化装置的生产能力。

在石油化工领域，还可以用氢和一氧化碳反应合成多种有机化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反应、与不饱和烃反应制醛等。此外，采用选择加氢，可由醛制醇，炔烃制烯烃，硝基苯加氢制苯胺以及由萘制氢化萘等