Az oxigén színtelen, szagtalan, íztelen gáz, amely szobahőmérsékleten enyhén oldódik (1,2 köbcenti 39,4 köbcenti vízben). Néhány szerves oldószerben, például etil-alkoholban, szén-tetrakloridban és benzolban lényegesen jobban oldódik. Az oxigén a tengervízben kevésbé oldódik, mint a tiszta vízben, bár még mindig eléggé oldódik ahhoz, hogy támogassa a tengeri élőlények túlélését.
Az oxigén három allotróp formában létezik: egyatomos oxigén (O), kétatomos oxigén (O2) és háromatomos oxigén (O3). Ezek közül az elsőt néha naszcens oxigénnek, az utóbbit pedig inkább ózonként ismerik. A természetben a legtöbb esetben az oxigén kétatomos formája dominál. A sztratoszféra felső részén azonban a napenergia hatására a kétatomos forma egyatomos formává bomlik, amely aztán kétatomos molekulákkal rekombinálódva ózont képezhet. Az ózon jelenléte a földi légkörben kritikus fontosságú a földi élet fennmaradása szempontjából, mivel ez az allotróp hajlamos elnyelni az ultraibolya sugárzást, amely egyébként káros vagy akár halálos lenne a bolygó felszínén élő növények és állatok számára egyaránt.
A tudósok egy része most a felső sztratoszféra ózonrétegének lehetséges kimerülése miatt aggódik. Erős bizonyítékok vannak arra, hogy bizonyos szintetikus vegyi anyagok, például a freonok és a fluorozott-klórozott szénhidrogének (CFC-k) néven ismert vegyületek az ózonmolekulák pusztulását okozhatják a légkörben. A legszélesebb körben elfogadott elmélet szerint a napsugárzás hatására az ilyen vegyi anyagok szétesnek, és szabad klóratomot juttatnak a sztratoszférába. Ez a klóratom aztán reakcióba lép az ózonmolekulákkal, és kétatomos oxigénmolekulákká alakítja őket. Ennek az elméletnek az egyik nyugtalanító vonatkozása az, hogy azt sugallja, hogy egyetlen klóratom sok ezer ózonmolekula lebomlását okozhatja.
A reakciósorozat környezeti veszélye az, hogy a Földet érő ultraibolya sugárzás szintje várhatóan növekedni fog, ahogy egyre több ózonmolekula pusztul el. Az ultraibolya sugárzás számos biológiai problémát okoz a növények, az állatok és az emberek számára, beleértve a bőrrák és a szemproblémák növekedését. Erre a veszélyre válaszul a világ legtöbb nemzete megállapodott abban, hogy évente csökkentik a freonok, a CFC-k és más ózonlebontó vegyi anyagok gyártott és értékesített mennyiségét.