许多人小时候都玩过氢气球，刚刚充满氢气的圆鼓鼓的气球，过不了多久就变得瘦弱干瘪，再也没有力气飞向高处。这是因为氢气的分子太小了，小到可以通过气球壁上肉眼看不到的小孔偷偷溜走。不止如此，氢气分子还有穿过钢铁的本事，普通的钢铁容器也不能用来长期保存氢气。那么氢气到底要怎么储存呢？
为了把氢气长久保存起来，人们想了许多办法，开发了两种方案：一种是选用特殊材料制成氢气也难以穿透的容器，另一种是将氢气分子用化学力束缚起来。前者是物理储氢，后者是化学储氢。其中物理储氢包括高压气态储氢、低温液化储氢、物理吸附储氢，化学储氢包括无机材料储氢和有机材料储氢。物理储氢之所以经常采用高压或低温等条件，主要是为了增加储氢密度。
高压气态储氢是一种传统储存方式，将氢气压缩储存在高压瓶当中，一般储存压力的范围是35～75兆帕。该方式具有充放氢速度快、技术相对成熟、常温操作以及成本低等优点。但在氢气压缩过程中，需要消耗大量压缩功，能耗大。由于氢气密度比较低，与储存相同重量的汽柴油相比，储氢所占体积十分庞大，为了避免氢气泄漏或容器破裂，高压储氢通常需要耐压厚重的容器，这些均导致该储氢方式的质量密度较小。近年来开发的由碳纤维外层和铝内胆构成的新型轻质耐压储氢容器，其储氢压力可以达到35～70兆帕，储存氢气与容器质量比可以提高至5％～7％，较之前有大幅度提高，成功进入实用化阶段。
低温液化储氢是指将氢气在低温高压条件下，利用高压氢气绝热膨胀的原理将氢气液化后，储存在容器中的储氢方式。低温液化储氢具有质量密度高、储存容器体积小等优点，适于储存空间有限的运载场合。目前其质量密度和体积密度可达到5．5％和71千克/米3。由于将氢气从气相变为液相，需要消耗大量的冷却能量，理论上液化1千克氢气需要耗费4～10千瓦·时电能，约占其储存能量的30％。另外，为了保证氢始终保持在液体状态，防止储存过程中因温度升高导致的气化现象，液氢储存容器必须满足苛刻的绝热条件，这使液氢储存容器的生产技术变得更加复杂，储氢成本也随之增加。
吸附储氢是通过分子间作用力，以物理吸附将氢气储存在大比表面积的材料中，快速吸收和释放氢气的特点，使其成为科研人员的研究焦点。物理吸附材料主要有碳基吸附材料，具有低密度、多孔且大比表面积的优点，主要包含石墨纳米纤维（GNF）、纳米管（CNT）、活性炭（AC）、碳纳米纤维（CNF）和碳等。碳材料的来源非常广泛，且极限理论吸附量为7．0％，但研究中发现对于大多数吸附材料不超过5．5％，且在室温下的性能很差，储氢容量仅有0．04％～0．46％，因此难以达到车载储氢的要求。
除了碳基材料外，金属有机框架材料（MOF）、共价有机框架材料（COF）和多孔聚合物等具有孔体积大、比表面积大、骨架大小可调、纯度高及结晶性好等优点，被用于物理吸附储氢。大多数多孔材料非常轻，密度小于1克/厘米3，尽管在低温高压下具有较高的质量储氢密度，但体积储氢密度仍然较低。在常温下，大多数材料的储氢容量小于1．5％，所以氢气与吸附剂之间较弱的结合强度，是物理吸附储氢需要克服的主要问题。
化学方式储氢是指以氢原子与其他原子形成化学键的形式，储存于化学物质中，具有储氢密度高、安全性好、稳定性好、操作方便等优点，被认为是一种具有发展前景的储氢方式。化学储氢材料主要包括无机金属储氢材料和有机储氢材料，无机金属储氢材料包括金属氢化物、络合氢化物、化学氢化物和复合氢化物，有机储氢材料包括环烷烃、氮杂环、甲酸和甲醇等。
其中有机储氢材料通常为液态，因此也被称为液态有机储氢载体（LiquidOrganicHydrogenCarrier，LOHC）。液态有机氢化物储氢技术是利用液态有机化合物可逆的加氢与脱氢反应，来实现氢气的存储与释放，通常具有约50克/升的体积储氢密度，且储存、运输、维护、保养安全方便，便于利用现有储油和运输设备，同时具有多次循环使用等优点。该类材料不仅可以用于氢燃料电池车，更是在大规模储能、长距离氢运输方面具有显著的优势。但这种方法尚未完全成熟，存在脱氢能耗大、成本高等问题。
各类储氢技术都存在各自的局限，完美的储氢技术尚未出现，如果未来能够解决氢的低成本高密度存储问题，氢能的应用将会打破瓶颈，真正实现全面推广。