תוֹכֶן
מימן הוא דלק מאוד תגובתי. המולקולות שלה מגיבות באלימות עם חמצן כאשר הקשרים המולקולריים הקיימים נשברים ונוצרים קשרים חדשים בין אטומי החמצן למימן. מכיוון שלמוצרי התגובה רמת אנרגיה נמוכה יותר מאשר המגיבים, התוצאה היא שחרור נפץ של אנרגיה וייצור מים. אך מימן אינו מגיב עם חמצן בטמפרטורת החדר, יש צורך במקור אנרגיה כדי להצית את התערובת.
תערובת של מימן וחמצן
גזי המימן והחמצן מתערבבים בטמפרטורת החדר ללא תגובה כימית. הסיבה לכך היא שמהירות המולקולות אינה מספקת אנרגיה קינטית מספקת להפעלת התגובה במהלך התנגשויות בין המגיבים. נוצרת תערובת גז, עם פוטנציאל להגיב באלימות אם מכניסים אנרגיה מספקת לתערובת.
אנרגיית הפעלה
הכנסת ניצוץ לתערובת גורמת לטמפרטורות גבוהות בין חלק ממולקולות המימן והחמצן. מולקולות בטמפרטורות גבוהות יותר נעות מהר יותר ומתנגשות באנרגיה רבה יותר. אם אנרגיות ההתנגשות מגיעות לאנרגיית הפעלה מינימלית המספיקה בכדי "לשבור" את הקשרים בין המגיבים, הרי שהתגובה מתרחשת. מכיוון שלמימן יש אנרגיית הפעלה נמוכה, נדרש רק ניצוץ קטן בכדי ליזום את התגובה עם חמצן.
תגובה אקסותרמית
כמו כל הדלקים, המגיבים, במקרה זה מימן וחמצן, נמצאים ברמת אנרגיה גבוהה יותר מתוצרי התגובה. התוצאה היא שחרור משותף של אנרגיה מהתגובה, וזה ידוע כתגובה אקסותרמית. לאחר שכמות מסוימת של מולקולות מימן וחמצן הגיבו, האנרגיה המשוחררת גורמת גם למולקולות הסובבות להגיב, ומשחררת יותר אנרגיה. התוצאה היא תגובה מהירה ונפיצה, שמשחררת אנרגיה במהירות בצורת חום, אור וצליל.
התנהגות אלקטרונית
ברמה תת מולקולרית, הסיבה להבדל ברמות האנרגיה בין ריאגנטים למוצרים נעוצה בתצורה האלקטרונית. באטומי מימן יש אלקטרון אחד כל אחד. הם מתאחדים למולקולות של שני אטומים, כך שהם יכולים לחלק שני אלקטרונים (אחד מכל אחד מהם). הסיבה לכך היא שהרמה האלקטרונית הפנימית ביותר נמצאת במצב אנרגיה נמוך יותר (ולכן יציב יותר) כאשר היא תפוסה על ידי שני אלקטרונים. באטומי החמצן שמונה אלקטרונים כל אחד. הם משתלבים למולקולות של שני אטומים המשתפים ארבעה אלקטרונים, כך שהשכבות האלקטרוניות החיצוניות ביותר תפוסות לחלוטין על ידי שמונה אלקטרונים כל אחד. עם זאת, יישור אלקטרונים יציב הרבה יותר מתרחש כאשר שני אטומי מימן חולקים אלקטרון עם אטום חמצן. נדרשת רק כמות קטנה של אנרגיה כדי להוציא אלקטרונים ממסלולם כדי שיוכלו ליישר את עצמם מחדש במבנה היציב ביותר מבחינה אנרגטית, ויוצרים את המולקולה החדשה, H2O.
מוצרים
בעקבות היישור האלקטרוני בין מימן לחמצן ליצירת מולקולה חדשה, תוצר התגובה הוא מים וחום. ניתן לרתום את החום כדי לייצר עבודה, כגון הנעת טורבינות חימום מים. המוצרים מיוצרים במהירות בשל האופי האקסותרמי של תגובת השרשרת. כמו בכל התגובות הכימיות, תהליך זה אינו הפיך בקלות.