alacsony hőmérsékleten és 400 GPa körüli nyomáson a hidrogén különálló H2 molekulákból álló szilárd fázisok sorozatát képezi. Az I. fázis alacsony hőmérsékleten és nyomáson történik, és hatszögletű, szorosan csomagolt, szabadon forgó H2 molekulákból áll. A nyomás alacsony hőmérsékleten történő növelésekor a II. fázisba való átmenet 110 GPa-ig terjed. Fázis egy törött szimmetria szerkezet, amelyben a H2 molekulák már nem képesek szabadon forogni. Ha a nyomást alacsony hőmérsékleten tovább növelik, akkor körülbelül 160 GPa-nál III. A hőmérséklet növelésekor a IV fázisba való átmenet néhány száz kelvin hőmérsékleten történik, 220 GPa feletti nyomástartományban.

a molekuláris szilárd hidrogén különböző fázisainak atomszerkezeteinek azonosítása rendkívül nagy kihívást jelent, mivel a hidrogénatomok nagyon gyengén kölcsönhatásba lépnek a röntgensugarakkal, és csak kis szilárd hidrogénmintákat lehet elérni a gyémánt üllősejtekben, így a röntgendiffrakció nagyon korlátozott információt nyújt a szerkezetekről. Ennek ellenére a fázisátmenetek kimutathatók a minták Raman-spektrumában bekövetkező hirtelen változások keresésével. Ezenkívül az atomszerkezetekre a kísérleti Raman-spektrumok és az első elvek modellezésének kombinációjából lehet következtetni. Sűrűség funkcionális elmélet számításokat használtak az egyes fázisok jelölt atomszerkezeteinek keresésére. Ezeknek a jelölt struktúráknak alacsony a szabad energiájuk és Raman-spektrumuk, összhangban a kísérleti spektrumokkal. A kvantum Monte Carlo módszereket az anharmonikus rezgési hatások első alapelvekkel történő kezelésével együtt alkalmazták ezen struktúrák relatív Gibbs szabad energiáinak megszerzésére, és ezáltal egy elméleti nyomás-hőmérséklet fázisdiagram megszerzésére, amely ésszerű mennyiségi egyetértésben van a kísérlettel. Ennek alapján úgy gondolják, hogy a II. fázis a P21/c szimmetria molekuláris szerkezete; a III. fázis (vagy hasonló) a C2 / c szimmetria szerkezete, amely lapos molekularétegekből áll, torz hatszögletű elrendezésben; a IV. fázis (vagy ahhoz hasonló) a Pc szimmetria szerkezete, amely erősen kötődő molekulák alternatív rétegeiből és gyengén kötődő grafénszerű lemezekből áll.