Sauerstoff ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Gas, das bei Raumtemperatur leicht löslich ist (1,2 Kubikzoll pro 39,4 Kubikzoll Wasser). In einigen organischen Lösungsmitteln, wie Ethylalkohol, Tetrachlorkohlenstoff und Benzol, ist es wesentlich besser löslich. In Meerwasser ist Sauerstoff weniger löslich als in reinem Wasser, aber immer noch löslich genug, um das Überleben von Meeresorganismen zu sichern.
Sauerstoff kommt in drei allotropen Formen vor: einatomiger Sauerstoff (O), zweiatomiger Sauerstoff (O2) und dreiatomiger Sauerstoff (O3). Die erste Form wird manchmal als naszierender Sauerstoff bezeichnet, die letzte Form ist eher als Ozon bekannt. Unter den meisten Umständen in der Natur überwiegt die zweiatomige Form des Sauerstoffs. Im oberen Teil der Stratosphäre bewirkt die Sonnenenergie jedoch den Zerfall der zweiatomigen Form in die einatomige Form, die dann mit zweiatomigen Molekülen rekombinieren und Ozon bilden kann. Das Vorhandensein von Ozon in der Erdatmosphäre ist für das Überleben des Lebens auf der Erde von entscheidender Bedeutung, da dieses Allotrop dazu neigt, ultraviolette Strahlung zu absorbieren, die andernfalls für das pflanzliche und tierische Leben auf der Planetenoberfläche schädlich oder sogar tödlich wäre.
Einige Wissenschaftler sind nun besorgt über den möglichen Abbau der Ozonschicht in der oberen Stratosphäre. Es gibt deutliche Hinweise darauf, dass bestimmte synthetische Chemikalien wie Freone und die als Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) bekannten Verbindungen die Zerstörung der Ozonmoleküle in der Atmosphäre verursachen könnten. Die am weitesten verbreitete Theorie besagt, dass die Sonneneinstrahlung solche Chemikalien zum Auseinanderbrechen bringt und dabei ein freies Chloratom in der Stratosphäre freisetzt. Dieses Chloratom reagiert dann mit Ozonmolekülen und wandelt sie in zweiatomige Sauerstoffmoleküle um. Einer der beunruhigenden Aspekte dieser Theorie besteht darin, dass ein einziges Chloratom die Zersetzung von vielen Tausenden von Ozonmolekülen verursachen kann.
Die Umweltgefahr, die von dieser Reaktionsreihe ausgeht, besteht darin, dass die ultraviolette Strahlung, die die Erde erreicht, mit der Zerstörung von immer mehr Ozonmolekülen zunehmen dürfte. Ultraviolette Strahlung wird mit einer Reihe von biologischen Problemen für Pflanzen, Tiere und Menschen in Verbindung gebracht, darunter eine Zunahme von Hautkrebs und Augenproblemen. Als Reaktion auf diese Bedrohung haben sich die meisten Länder der Welt darauf geeinigt, die Menge an Freonen, FCKW und anderen ozonabbauenden Chemikalien, die jedes Jahr produziert und verkauft werden, zu reduzieren.