L'oxygène forme une liaison ionique avec des éléments comme le sodium et le calcium et une liaison covalente avec des éléments comme le carbone, l'azote, l'hydrogène et lui-même. L'oxygène gazeux ordinaire se compose de deux atomes d'oxygène liés par covalence, tandis que l'ozone se compose de trois.
En raison de la capacité de l'oxygène à former des liaisons avec les métaux, l'hydrogène et le carbone, l'oxygène gazeux est extrêmement réactif et l'oxydation des hydrocarbures produit rapidement de la chaleur dans un processus appelé combustion. Des liaisons hydrogène se forment également entre l'hydrogène et l'oxygène, même lorsque l'oxygène est déjà lié de manière covalente à d'autres atomes d'hydrogène, comme dans l'eau. Ces liaisons sont la raison pour laquelle l'eau reste un liquide dans une large plage de températures.
