氫氣是現代煉油工業和化學工業的基本原料之一，在廣泛范圍內氫以多種形式用于石油化學工業。我國的合成氨生產的主要原料是煤制氣、天然氣、石腦油和重油，一個1000t/d規模的合成氨廠，每生產1t氨氨約需氫氣336m3。與合成氨一樣，合成甲醇的氫大部分也是由煤制氣、天然氣、石腦油或重油制取，一個日產千噸級規模的甲醇廠，每生產1t甲醇約需氫氣560m3。由于甲醇是一種基本有機化工原料，又可作為代替燃料，其需要量日益增長，因而用于甲醇合成的氫氣量也有可能繼續增長。
石油煉制工業用氫量僅次于合成氨。在石油煉制過程中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、粗柴油加氫脫硫、燃料加氫脫硫、改善飛機燃料性能和加氫裂化等方面；在石油化工領域，氫氣主要用于C3餾分加氫=汽油加氫、C6~C8。餾分加氫脫烷基以及生產環已烷等方面。
催化重整原料的加氫是除石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質，是石油煉制工業是Z早使用的過程。加氫裂化是在氫氣存在下進行的催化裂化過程，反應主要特征是C-C鍵斷裂。選擇性加氫主要用于高溫裂解產物，對乙烯餾分進行氣相加氫，對丙烯餾分采用液相加氫。
加氫精制也是除去有害化合物的過程，除硫化氫、硫醇、總硫之外，炔烴、烯烴、金屬和準金屬等均可在加氫過程中除去。因而，在現代石油化學加工過程中，利用加氫工藝可以改善石油化學品的質量，增加Z有價值的石油化學品的產量，減少重油殘渣和焦油的生成，降低結炭量，提高石油加工廠的適應性，從石油加工廢物中可以得到很多有價值的石油化學產品，凈化一系列產品，除去有害雜質。氫是現代石油加工工業產品Z通用的交化劑，能提高大型裂化裝置的生產能力。
在石油化工領域，還可以用氫和一氧化碳反應合成多種有機化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反應、與不飽和烴反應制醛等。此外，采用選擇加氫，可由醛制醇，炔烴制烯烴，硝基苯加氫制苯胺以及由萘制氫化萘等。
