Oxygen é um gás incolor, inodoro e sem sabor, ligeiramente solúvel (1,2 cubic in por 39,4 cu em água) à temperatura ambiente. É consideravelmente mais solúvel em alguns solventes orgânicos, tais como álcool etílico, tetracloreto de carbono, e benzeno. O oxigênio é menos solúvel na água do mar do que em água pura, embora ainda solúvel o suficiente para suportar a sobrevivência dos organismos marinhos.
O oxigênio existe em três formas alotrópicas, oxigênio monatômico (O), oxigênio diatômico (O2), e oxigênio triatômico (O3). A primeira delas é às vezes chamada de oxigênio nascente, e a última é mais comumente conhecida como ozônio. Na maioria das circunstâncias na natureza, a forma diatómica de oxigénio predomina. Na parte superior da estratosfera, contudo, a energia solar causa a decomposição da forma diatómica na forma monatómica, que pode então recombinar com moléculas diatómicas para formar ozono. A presença de ozono na atmosfera terrestre é crítica para a sobrevivência da vida na Terra, uma vez que essa alotrópola tem tendência para absorver radiação ultravioleta que de outra forma seria prejudicial ou mesmo fatal para a vida vegetal e animal na superfície do planeta.
Alguns cientistas estão agora preocupados com o possível esgotamento da camada de ozono na estratosfera superior. Há fortes evidências de que certos químicos sintéticos, como os Freons e compostos conhecidos como clorofluorocarbonos (CFCs) podem estar causando a destruição das moléculas de ozônio na atmosfera. A teoria mais amplamente aceita diz que a radiação solar faz com que essas substâncias químicas se desfaçam, liberando um átomo de cloro livre para a estratosfera. Esse átomo de cloro reage então com moléculas de ozônio, convertendo-as em moléculas de oxigênio diatômico. Um dos aspectos perturbadores desta teoria é que ela sugere que um único átomo de cloro pode causar a decomposição de muitos milhares de moléculas de ozônio.
O perigo ambiental apresentado por esta série de reações é que o nível de radiação ultravioleta que atinge a Terra seria esperado aumentar à medida que mais e mais moléculas de ozônio são destruídas. A radiação ultravioleta tem sido implicada em uma série de problemas biológicos para plantas, animais e humanos, incluindo um aumento no câncer de pele e problemas oculares. Em resposta a esta ameaça, a maioria das nações do mundo concordaram em reduzir a quantidade de Freons, CFCs e outros produtos químicos que empobrecem a camada de ozônio produzidos e vendidos a cada ano.