a baixas temperaturas e a pressões até cerca de 400 GPa, o hidrogénio forma uma série de fases sólidas formadas a partir de moléculas discretas H2. A fase I ocorre a baixas temperaturas e pressões, e consiste de um conjunto hexagonal de moléculas H2 em rotação livre. Ao aumentar a pressão a baixa temperatura, uma transição para a fase II ocorre em até 110 GPa. Fase II é uma estrutura de simetria quebrada na qual as moléculas H2 não são mais capazes de rodar livremente. Se a pressão for aumentada a baixa temperatura, uma fase III é encontrada em cerca de 160 GPa. Ao aumentar a temperatura, uma transição para uma fase IV ocorre a uma temperatura de algumas centenas de kelvin a uma gama de pressões acima de 220 GPa.

Identificar as estruturas atômicas, das diferentes fases da moleculares de hidrogênio sólido é extremamente difícil, porque os átomos de hidrogênio interagir com raios-X muito fracamente e apenas pequenas amostras de hidrogênio sólido pode ser alcançado em diamond anvil células, de modo que a difração de raios X fornece informações muito limitadas sobre as estruturas. No entanto, transições de fase podem ser detectadas procurando mudanças abruptas no espectro Raman de amostras. Além disso, estruturas atômicas podem ser inferidas a partir de uma combinação de espectros experimentais Raman e modelos de primeiros princípios. Cálculos da teoria funcional da densidade foram usados para procurar por estruturas atômicas candidatas para cada fase. Estas estruturas candidatas têm baixas energias livres e espectros Raman de acordo com os espectros experimentais. Métodos quânticos de Monte Carlo, juntamente com um tratamento de primeiros princípios dos efeitos vibracionais anarmônicos, foram então usados para obter as energias livres de Gibbs relativas dessas estruturas e, portanto, para obter um diagrama teórico de fase pressão-temperatura que está em acordo quantitativo razoável com a experiência. Nesta base, acredita-se que a fase II seja uma estrutura molecular de simetria P21/c; A fase III é (ou é similar a) uma estrutura de simetria C2/c consistindo de camadas planas de moléculas em um arranjo hexagonal distorcido.; and Phase IV is (or is similar to) a structure of Pc symmetry, consisting of alternate layers of strongly bonded molecules and weakly bonded graphene-like sheets.