Helis yra cheminis elementas, kurio atominis skaičius yra 2, o tai reiškia, kad neutralus helio atomas turi du protonus ir du elektronus. Svarbiausios cheminės helio savybės yra jo atominė masė, medžiagos būsena, virimo ir lydymosi temperatūra bei tankis. Elemento atominė masė yra 4.0026 gramai vienam moliui ir yra dujos beveik visomis temperatūrų ir slėgio sąlygomis. Helio tankis yra 0.1786 gramai litre esant 32°C (0.0 °F) ir 101.325 kilopaskaliai (kPa).
Skystas ir kietas helis gali egzistuoti tik itin žemos temperatūros aukšto slėgio sąlygomis. Viena iš neįprastų helio savybių yra ta, kad jis negali egzistuoti kaip kietas ar skystas esant normaliam slėgiui, net esant itin žemai temperatūrai. Esant maždaug 360 svarų kvadratiniame colyje (2.5 megapaskalio) slėgiui, perėjimas tarp skysto ir kieto arba lydymosi temperatūra yra -458 °F (0.95 kelvino). Virimo temperatūra yra -452 ° F (4.22 Kelvino).
Dėl kai kurių helio savybių jis yra įdomus ir įprastas kvantinės mechanikos studijų objektas. Dėl mažo atominio skaičiaus jis yra antrasis paprasčiausias atomas po vandenilio. Matematinės procedūros gali būti naudojamos analizuojant subatominių dalelių – protonų, elektronų ir neutronų – elgesį helio atome. Tačiau tokie metodai negali visiškai tiksliai nustatyti šių dalelių elgesio. Atliekant kvantinę mechaninę analizę, sunkiau dirbti su didesnio atominio skaičiaus atomais, kuriuose yra daugiau subatominių dalelių.
Helis yra mažiausiai reaktyvus iš visų elementų. Nereaguojančios helio savybės atsiranda dėl to, kad jis yra lengviausias iš paprastai nereaguojančių tauriųjų dujų. Tauriosios dujos turi „pilną“ elektronų apvalkalą, o tai reiškia, kad cheminės reakcijos metu jos negali lengvai duoti ar priimti elektronų. Elektronų mainai arba dalijimasis yra daugelio cheminių reakcijų pagrindas, todėl tauriosios dujos paprastai dalyvauja keliose cheminėse reakcijose. Be to, helis turi tik du elektronus, kurie apskritai galėtų dalyvauti reakcijoje, o visos kitos tauriosios dujos – ir iš tikrųjų visi elementai, išskyrus vandenilį – turi daugiau.
Yra daug įvairių helio naudojimo būdų, atsirandančių dėl cheminių helio savybių, ypač dėl lengvo svorio, temperatūros ir slėgio savybių bei mažo reaktyvumo. Pavyzdžiui, helis yra daug lengvesnis už orą, todėl jis dažnai naudojamas užpildyti balionus, kad jie galėtų plūduriuoti, ir dirižablius, pvz., oro laivus, kad jie galėtų skristi. Skystas helis, kuris gali egzistuoti tik esant ekstremaliam slėgiui ir labai žemai temperatūrai, naudojamas kaip superlaidininkų aušinimo skystis, kurie itin laidžias savybes įgauna tik esant labai žemai temperatūrai.