氫是在鋼鐵中擴散速度最快的元素,其原子半徑最小,在低溫區仍有很強的擴散能力。如果冷卻時有足夠的時間使鋼中的氫逸出表面或鋼中的氫含量較低時,則氫脆就不易發生。如果冷卻速度快,鋼件斷面尺寸比較大或鋼中氫含量較高時,位於鋼件中心部分的氫來不及逸出,過剩的氫將進入鋼的一些缺陷中去,如枝晶間隙、氣孔內。若缺陷附近由於氫的聚集會產生強大的內壓而導致微裂紋的萌生與擴展。這是由於缺陷吸附了氫原子之後,使表面能大大降低,從而導致鋼材破壞所需的臨界應力也急劇降低。
一般的說,鋼的氫脆發生在室溫附近的-50~100℃之間。溫度過低時氫的擴散速度太慢,聚集少不會析出;高溫時氫將被「烤」出鋼外,氫脆破壞也不大會發生。隨著科學的發展,人們又發現氫脆機理的新觀點:氫促進了裂紋尖端區塑性變形,而塑性變形,又促進了氫在該區域內濃集,從而降低了該區的斷裂應力值,這就促進了微裂的產生,裂紋的擴展也伴隨著塑性流變。