A separação da água, na qual a água é decomposta em seus componentes prótons, elétrons, e oxigênio, ocorre na fase clara em todos os organismos fotossintéticos. Alguns organismos — incluindo a alga Chlamydomonas reinhardtii e cianobactéria — evoluíram um passo adiante na fase escura na qual prótons e elétrons são reduzidos para formar gás H2 por hidrogenases especializadas no cloropultimoo.[63] Esforços foram feitos para modificar geneticamente as hidrogenases das cianobactérias para sintetizar o gás H2 eficientemente mesmo na presença de oxigênio.[64] Esforços também foram tomados com algas geneticamente modificadas em um biorreator.[65]
O gás H2 é produzido em laboratórios de química e biologia, muitas vezes como sub-produto da desidrogenação de substratos insaturados; e na natureza como meio de expelir equivalentes redutores em reacções bioquímicas.
No laboratório, o gás H2 é normalmente preparado pela reacção de ácidos com metais tais, como o zinco, por meio do aparelho de Kipp.
A electrólise da água é um método simples de produzir hidrogénio. Uma corrente elétrica de baixa voltagem corre através da água, e oxigénio gasoso forma-se no ânodo enquanto que hidrogénio gasoso forma-se no cátodo. Tipicamente, o cátodo é feito de platina ou outro metal inerte (geralmente platina ou grafite) quando se produz hidrogénio para armazenamento. Se, contudo, o gás destina-se a ser queimado no local, é desejável haver oxigénio para assistir à combustão, e então ambos os eléctrodos podem ser feitos de metais inertes (eletrodos de ferro devem ser evitados, uma vez que eles consumiriam oxigênio ao sofrerem oxidação). A eficiência máxima teórica (electricidade usada versus valor energético de hidrogénio produzido) está entre 80 e 94%.[66]
Em 2007, descobriu-se que uma liga de alumínio e gálio em forma de pastilhas adicionada a água podia ser usada para gerar hidrogénio. O processo também produz alumina, mas o gálio, que previne a formação de uma película de óxido nas pastilhas, pode ser reutilizado. Isto tem potenciais implicações importantes para a economia baseada no hidrogénio, uma vez que ele pode ser produzido no local e não precisa de ser transportado.[67]
O hidrogénio pode ser preparado por meio de vários processos mas, economicamente, o mais importante envolve a remoção de hidrogénio de hidrocarbonetos. Hidrogénio comercial produzido em massa é normalmente produzido pela reformação catalítica de gás natural.[68] A altas temperaturas (700-1 100 °C), vapor de água reage com metano para produzir monóxido de carbono e H2.