Grâce à la signature caractéristique de sa désintégration, le muonium peut être aisément observé en solution aqueuse en présence d'une source de muons si l'on dispose des détecteurs de particules appropriés. La formation et la désintégration des muons violent en effet le principe de conservation de la parité, et plusieurs techniques sur la polarisation des spins des muons reposent sur cette caractéristique, permettant de connaître l'état chimique du muonium au moment de sa désintégration, c'est-à-dire d'identifier les composés moléculaires dont il faisait partie à ce moment-là. En comparant ces informations avec le muonium libre, on parvient à établir la cinétique chimique des réactions auxquelles le muonium prend part.
Le muon étant un lepton, les niveaux d'énergie du muonium peuvent être calculés avec une grande précision à l'aide de l'électrodynamique quantique, contrairement au cas de l'atome d'hydrogène, pour lequel la précision est limitée par des incertitudes au niveau de la structure même du proton. C'est la raison pour laquelle le muonium est un système idéal pour étudier l'électrodynamique quantique d'états liés et tester les limites du modèle standard[7].
L'atome exotique formé d'un muon et d'un antimuon est appelé « vrai muonium ». Il n'a pas encore été observé mais a peut-être été produit par collisions entre faisceaux d'électrons et de positons[8].
À titre d'exemple, voici un quelques composés de muonium répertoriés :
muonium muonique[16], aussi nommé « vrai muonium » : équivalent du muonium où l'électron est remplacé par un muon. Comparable à une version lourde du positronium.
↑(en) David C. Walker, Muon and Muonium Chemistry, Cambridge University Press, 1983, p. 4. (ISBN978-0-521-24241-7)
↑(en) Donald G. Fleming, Donald J. Arseneau, Oleksandr Sukhorukov, Jess H. Brewer, Steven L. Mielke, George C. Schatz, Bruce C. Garrett, Kirk A. Peterson, Donald G. Truhlar, « Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2 », Science, vol. 331, no 6016, , p. 448-450 (PMID21273484, DOI10.1126/science.1199421, Bibcode2011Sci...331..448F, lire en ligne)
↑(en) W. H. Koppeno, « Names for muonium and hydrogen atoms and their ions(IUPAC Recommendations 2001) », Pure and Applied Chemistry, vol. 73, no 2, , p. 377-379 (DOI10.1351/pac200173020377, lire en ligne)
↑(en) W. H. Koppenol, « Names for muonium and hydrogen atoms and their ions (IUPAC Recommendations 2001) », Pure and Applied Chemistry, Walter de Gruyter GmbH, vol. 73, no 2, , p. 377–379 (ISSN1365-3075, DOI10.1351/pac200173020377, lire en ligne).