氢分子在自然界中广泛存在，主要以气态、液态和固态三种形式出现。在地球的大气层中，氢分子的含量虽然较低，但仍然是构成大气成分的一部分。此外，在水体中，氢分子以溶解态的形式存在，对于水体的化学性质具有一定的影响。在宇宙空间，氢分子是构成恒星和行星大气的主要成分之一，对于宇宙化学的研究具有重要意义。