Waterstofopslag beschrijft de methodologie om waterstofgas (H2) op te slaan om daarna weer vrij te laten komen en te gebruiken. Hiervoor bestaan diverse methoden, zoals het gebruik van hoge drukken en zeer lage temperaturen (vloeibare waterstof) in waterstoftanks. In de industrie wordt nu veelal onder hoge druk opgeslagen. Veel onderzoek richt zich echter op chemische stoffen die H2 opnemen en ook weer kunnen vrijgeven door verwarming.
Waterstofopslag is een belangrijk onderwerp in de waterstofeconomie. Men zoekt vooral naar lichte, compacte componenten om waterstof in op te slaan, met het oog op draagbare of mobiele toepassingen. Vergelijk het hierbij met koolwaterstoffen die als brandstof worden opgeslagen in tanks en gasflessen. Aardgas wordt bijvoorbeeld ook in zijn vloeibare vorm (sterk afgekoeld) vervoerd. Met de huidige technologie is het echter moeilijk om waterstofgas op te slaan of te vervoeren. Dit komt doordat waterstofgas weinig energie per volume-eenheid oplevert in vergelijking met butaangas of propaangas. Om een gelijke hoeveelheid energie aan waterstofgas te vervoeren is er dus een grotere tank nodig. Waterstofgas kan niet in een vloeibare toestand blijven door het alleen onder hoge druk te houden.