在标准状况下，两个氧原子结合形成超纯氧气，是一种无色无臭无味的双原子气体，化学式为O2。如果按质量计算，氧在宇宙中的含量仅次于氢和氦，在地壳中，氧则是含量丰富的元素。氧不仅占了水质量的89%，也占了空气体积的20.9%。
超纯氧气含氧化合物泛指一切含有氧元素的化合物，比氧化物范围大，对于组成物质的元素种类无要求。与氧原子、普通氧分子O₂和臭氧分子O₃的计算结果比较，显示O₄分子可以以正方形结构或正四面体结构形式存在，其中正方形结构更有可能是O4分子的真实空间结构。
超纯氧气的同位素已知的有十七种，包括氧-12至氧-28，其中氧-16、氧-17和氧-18三种属于稳定型，其他已知的同位素都带有放she性，其半衰期全部均少于三分钟。利用yi用回旋加su器产生的质子，轰击重氧水之中的氧-18，通过(p,n)核反应，从而获得可以发射正电子的放she性同位素氟-18离子，用于合成正电子发射计算机断层扫描检查所需的示踪剂氟代脱氧葡萄糖。