關于氫脆的機理，尚無統一認識。各種理論的共同點是：氫原子通過應力誘導擴散在高應力區富集，只有當富集的氫濃度達到臨界值C.時，使材料斷裂應力σ降低，才發生脆斷。目前較為普遍的觀點有以下幾種。
1. 氫的擴散機理
裂紋尖端處于陰極區，由于陰極反應的結果，使介質中的氫離子獲得電子后還原成氫原子，一部分氫原子進一步結合成氫氣后逸出，另一部分氫原子向金屬內部擴散。原子氫在金屬中的擴散，有濃差擴散和應力擴散。裂紋尖端高應力塑變區晶格缺陷的堆積，產生氫與金屬中缺陷交互作用的陷捕效應，使氫在此區域內產生高濃度的集中，從而使該區域的金屬脆化。
2. 氫壓理論
在H2環境中，H2分解成H進入金屬，其濃度CH和／P成正比，反過來，如果溶解在金屬中的H進入某些特殊區域（如夾界或第二相界面，空位團），就會復合成H2,即2H→H2,這時該處的H2壓力P就和C2H成正比，但由于H2不是理想氣團，壓力較高時要用逸度f代替，即
f=(CH/S)2=C2Hexp(-2ΔH/RT)（1.5)
當局部區域CH很高時，按式（1.5)算出的逸度換算成壓力后等于原子鍵合力σth,就會使局部地區的原子鍵斷裂而形成微裂紋。在高逸度電解充氫時，充氫過程中就會產生氫鼓泡（出現在表層）或氫致微裂紋，它和是否存在外加應力無關，也不需要滯后時間（即不需要應力誘導擴散、富集），這完全是氫壓力P等于σth,從而使原子鍵斷裂而形成微裂紋。氫壓理論成功地解釋了電解充氫過程中產生的裂紋、鋼中白點以及鋼在硫化氫溶液中產生的裂紋。但對于不可逆損傷，如氫致可逆塑性損失以及氫致滯后開裂，僅僅用氫壓理論無法解釋。
3. 氫降低表面能理論
氫降低表面能理論是N.Petch和P.Stabls在1952年提出的。材料斷裂時將形成兩個新的表面，對于完全脆性的材料，斷裂時所需的外力做功等于形成新的表面所需的表面能。當裂紋尖端區處于陰極狀態時，由于陰極反應的結果，表面將產生大量的氫原子，根據斷裂力學的觀點，處于高應力裂紋尖端的表面會有效地促使表面吸附氫原子，吸附在材料表面的氫會使材料的表面能降低，使斷裂所需的臨界外應力降低，引起氫脆。它沒有考慮塑性變形功，因而對金屬材料是不適用的。到了20世紀70年代，C.McMahon等人對這一理論進一步作了修正。他用Orowan判據，把局部塑性變形的因素考慮進去，導出了塑性變形功Tp和表面能r的關系。氫降低表面能理論存在的問題如下：一方面，對氫吸附后表面能降低的物理本質尚不清楚；另一方面，這一理論忽視了局部塑性變形對斷裂過程的主導作用。
4. 弱鍵理論
弱鍵理論認為氫進人材料后能使材料的原子間鍵力降低，原因是氫的1s電子進入過渡族金屬的d帶，使d帶電子密度升高，s帶與d帶重合部分增大，因而原子間排斥力增加，即鍵力下降。該理論簡單直觀，容易被人們接受。給而實驗證據尚不充分，如材料的彈性模量與鍵力有關，但實驗并未發現氫對彈性模量有顯著的影響。此外，沒有3d帶的鋁合金也能發生可逆氫脆，因此不可能有氫的1s電子進入金屬的d帶。
5.氫促進局部塑性變形機理
氫促進局部塑性變形機理的基礎是一系列斷口形貌研究結果和隨后的金相及透射電鏡原位跟蹤實驗結果。該理論認為，氫能促進位錯的增殖和運動，使得局部地區（如裂尖、無位錯區、位錯塞積群前端）的應力集中σy等于被氫降低了的原子鍵合力σth(H),從而導致氫致微裂紋在該處形核，原子鍵進人微裂紋就復合成H2,產生氫壓，它能使微裂紋穩定化，同時也能協助局部應力使之解理擴展。該理論同時考慮了氫促進局部塑性變形，氫降低原子鍵合力以及氫壓作用。該理論表明，從微裂紋上看，氫促進位錯發射和運動；從宏觀上看，氫使門檻應力rc(或應力強度因子）為
也使臨界斷裂應變下降，從而使材料變脆。因為只有當氫通過應力誘導擴散富集到等于臨界值Cth時，才會明顯促進局部塑性變形并使應變高度局部化，同時也使σth(H)明顯下降，從而在低的外應力下就導致開裂。
