É encontrado em estado livre na atmosfera (cerca de 20,9% por volume) ou dissolvido em rios, lagos e oceanos.

É um gás incolor, inodoro e insípido, 1,1 vez mais pesado que o ar e é solúvel em água e álcool. Em seu estado líquido, tem a cor azul pálido, ligeiramente mais pesado que a água, quando submetido à pressão atmosférica ou temperaturas inferiores a -183ºC.

Sozinho o oxigênio não é inflamável, mas ajuda na combustão. É altamente oxidante, reagindo quando em contato com materiais combustíveis, podendo provocar incêndio ou explosões.

O oxigênio forma compostos com todos os gases, exceto com os gases nobres.