Tlen jest bezbarwny, bezwonny, bez smaku gazu, który jest słabo rozpuszczalny (1,2 cm3 na 39,4 cm3 wody) w temperaturze pokojowej. Jest on znacznie bardziej rozpuszczalny w niektórych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak alkohol etylowy, czterochlorek węgla i benzen. Tlen jest mniej rozpuszczalny w wodzie morskiej niż w czystej wodzie, chociaż nadal jest wystarczająco rozpuszczalny, aby wspierać przetrwanie organizmów morskich.
Tlen występuje w trzech formach alotropowych, tlen monatomowy (O), tlen dwuatomowy (O2) i tlen trójatomowy (O3). Pierwszy z nich jest czasami nazywany rodzącym się tlenem, a ostatni jest bardziej znany jako ozon. W większości warunków w przyrodzie dominuje forma dwuatomowa tlenu. Jednak w górnej części stratosfery, energia słoneczna powoduje rozpad formy dwuatomowej na formę jednoatomową, która może następnie rekombinować z cząsteczkami dwuatomowymi tworząc ozon. Obecność ozonu w atmosferze ziemskiej jest krytyczna dla przetrwania życia na Ziemi, ponieważ ten alotrop ma tendencję do pochłaniania promieniowania ultrafioletowego, które w przeciwnym razie byłoby szkodliwe lub nawet śmiertelne dla życia roślinnego i zwierzęcego na powierzchni planety.
Niektórzy naukowcy są obecnie zaniepokojeni możliwym zubożeniem warstwy ozonowej w górnej stratosferze. Istnieją mocne dowody na to, że niektóre syntetyczne substancje chemiczne, takie jak freony i związki znane jako chlorofluorowęglowodory (CFC) mogą powodować niszczenie cząsteczek ozonu w atmosferze. Najbardziej powszechnie akceptowana teoria mówi, że promieniowanie słoneczne powoduje rozpad takich substancji chemicznych, uwalniając wolny atom chloru do stratosfery. Ten atom chloru reaguje następnie z cząsteczkami ozonu, przekształcając je w dwuatomowe cząsteczki tlenu. Jednym z niepokojących aspektów tej teorii jest to, że sugeruje ona, iż pojedynczy atom chloru może spowodować rozpad wielu tysięcy cząsteczek ozonu.
Zagrożenie dla środowiska wynikające z tej serii reakcji polega na tym, że poziom promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi powinien wzrastać, ponieważ coraz więcej cząsteczek ozonu ulega zniszczeniu. Promieniowanie ultrafioletowe jest przyczyną wielu problemów biologicznych u roślin, zwierząt i ludzi, w tym wzrostu zachorowań na raka skóry i problemów z oczami. W odpowiedzi na to zagrożenie, większość krajów świata zgodziła się na zmniejszenie ilości freonów, CFC i innych substancji chemicznych niszczących warstwę ozonową, produkowanych i sprzedawanych każdego roku.
.