氧氣由氧分子組成。2個氧原子結合成一個氧分子。

氧氣（化學式：O2），化學式量：32.00，無色無味氣體，氧元素最常見的單質形態。熔點-218.4℃，沸點-183℃。不易溶於水，1L水中溶解約30mL氧氣。在空氣中氧氣約佔21% 。液氧為天藍色。固氧為藍色晶體。常溫下不很活潑，與許多物質都不易作用。但在高溫下則很活潑，能與多種元素直接化合，這與氧原子的電負性僅次於氟有關。

氧在自然界中分佈最廣，佔地殼質量的48.6%，是丰度最高的元素。在烴類的氧化、廢水的處理、火箭推進劑以及航空、航天和潛水中供動物及人進行呼吸等方面均需要用氧。動物呼吸、燃燒和一切氧化過程（包括有機物的腐敗）都消耗氧氣。但空氣中的氧能透過植物的光合作用不斷地得到補充。在金屬的切割和焊接中。是用純度93.5%~99.2%的氧氣與可燃氣（如乙炔）混合，產生極高溫度的火焰，從而使金屬熔融。冶金過程離不開氧氣。為了強化硝酸和硫酸的生產過程也需要氧。不用空氣而用氧與水蒸氣的混合物吹人煤氣氣化爐中，能得到高熱值的煤氣。醫療用氣極為重要。

氧分子的結構是：1s22s22p4，氧分子是由兩個氧原子構成的。氧分子中有一個σ鍵，兩個三電子的π鍵。

實驗上來說，順磁共振光譜證明O有順磁性，還證明O有兩個未成對地電子。說明原來的以雙鍵結合的氧分子結構式不符合實際。

氧分子兩個氧原子進行sp軌道雜化，一個單電子填充進sp雜化軌道，成σ鍵，另一個單電子填充進p軌道，成π鍵。氧氣是奇電子分子，具有順磁性。

普通氧氣含有兩個未配對的電子，等同於一個雙遊離基。兩個未配對電子的自旋狀態相同，自旋量子數之和S=1，2S+1=3，因而基態的氧分子自旋多重性為3，稱為三線態氧。