無色無味氣體，熔點-218.8℃，沸點-183.1℃，相對密度1.14（-183℃，水=1），相對蒸氣密度1.43（空氣=1），飽和蒸氣壓506.62kPa（-164℃），臨界溫度-118.95℃，臨界壓力5.08MPa，辛醇/水分配系數：0.65。 [2]  大氣中體積分數：20.95%（約21%）。

同素異形體：臭氧（O3），四聚氧（O4），紅氧（O8）。

氧氣的化學性質比較活潑。除了稀有氣體、活性小的金屬元素如金、鉑、銀之外，大部分的元素都能與氧氣反應，這些反應稱為氧化反應，而經過反應產生的化合物（有兩種元素構成，且一種元素為氧元素）稱為氧化物。一般而言，非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而堿金屬或堿土金屬氧化物則為堿性。此外，幾乎所有的有機化合物，可在氧中劇烈燃生成二氧化碳與水。化學上曾將物質與氧氣發生的化學反應定義為氧化反應，氧化還原反應指發生電子轉移或偏移的反應。氧氣具有助燃性，氧化性。

冶煉工藝：在煉鋼過程中吹以高純度氧氣，氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反應，這不但降低了鋼的含碳量，還有利于清除磷、硫、硅等雜質。而且氧化過程中產生的熱量足以維持煉鋼過程所需的溫度，因此，吹氧不但縮短了冶煉時間，同時提高了鋼的質量。高爐煉鐵時，提高鼓風中的氧濃度可以降焦比，提高產量。在有色金屬冶煉中，采用富氧也可以縮短冶煉時間提高產量。

化學工業：在生產合成氨時，氧氣主要用于原料氣的氧化，以強化工藝過程，提高化肥產量。再例如，重油的高溫裂化，以及煤粉的氣化等。

國防工業：液氧是現代火箭最好的助燃劑，在超音速飛機中也需要液氧作氧化劑，可燃物質浸漬液氧后具有強烈的爆炸性，可制作液氧炸藥。

醫療保健：供給呼吸：用于缺氧、低氧或無氧環境，例如：潛水作業、登山運動、高空飛行、宇宙航行、醫療搶救等時。

其它方面：它本身作為助燃劑與乙炔、丙烷等可燃氣體配合使用，達到焊割金屬的作用，各行各業中，特別是機械企業里用途很廣，作為切割之用也很方便，是首選的一種切割方法。