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%。
超纯氧气元素的另一个同素异形体是臭氧。在高海拔形成的臭氧层能够隔离来自太阳的紫外线辐射。但是接近地表的臭氧则是一种污染，这些臭氧主要存在于光化学烟雾中。
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。