اتم های اکسیژن همچنین می توانند با یکدیگر پیوندهای اتمی تشکیل دهند و به این ترتیب مولکول ها را تشکیل دهند. تظاهرات معمول دی‌اکسیژن دیاتومیک است که حدود 21 درصد حجمی در هوا دارد.
دو اتم در مولکول دی‌اکسیژن توسط دو جفت الکترون مشترک (پیوندهای اتمی غیر قطبی) به هم متصل می‌شوند. هر اتم اکسیژن هنوز دارای چهار الکترون غیر پیوندی است، یعنی دو جفت الکترون آزاد.

با کمال تعجب، اکسیژن مولکولی پارامغناطیس است. از این تصور ساده که دو اتم اکسیژن توسط دو جفت الکترون در یک پیوند دوگانه در مولکول به هم مرتبط هستند، باید انتظار دیامغناطیس را داشت. با این حال، پارامغناطیس مولکول اکسیژن را می توان با استفاده از نظریه پیوند MO توضیح داد.

عنصر اکسیژن گازی بی رنگ و بی بو است. اکسیژن به خودی خود قابل احتراق نیست، اما باعث احتراق می شود. این جزء حیاتی هوا است زیرا برای فرآیند بیوشیمیایی تنفس مورد نیاز است.

دومین تغییر اکسیژن، ازن است که از زاویه دار تشکیل شده است ${\text{O}}_{\text{3}}$-مولکول ها. ازن نیز گاز است، اما نقطه ذوب و جوش آن بالاتر از نقطه ذوب است ${\text{O}}_{\text{2}}$ و به طور قابل توجهی واکنش پذیرتر از اکسیژن معمولی است.

ازن گازی سمی و آبی مایل به آبی است که بوی مشخص آن، به عنوان مثال. ب. می تواند در فروشگاه های کپی به خوبی درک کند. هنگامی که انرژی (نور، گرما) تامین می شود، به سرعت به اکسیژن تجزیه می شود.
تشکیل ازن از اکسیژن گرماگیر است. Z بوجود می آید. ب- در لایه‌های هوای بالاتر جو از مولکول‌های اکسیژن که توسط اشعه ماوراء بنفش برانگیخته شده‌اند و لایه محافظ اوزون را تشکیل می‌دهند. این برای ما مهم است زیرا اشعه ماوراء بنفش را که به ما آسیب می رساند را از سطح زمین دور نگه می دارد.

${\text{O}}_{\text{2}}\stackrel{\mathrm{تو}V}{\to }2\text{O}\Delta \text{H° = + 249 کیلوژول}\cdot {\text{مول}}^{\text{-1}}$

$\text{O}\text{+}{\text{O}}_{\text{2}}\stackrel{}{\to }{\text{O}}_{\text{3}}\Delta \text{H° = -106 کیلوژول}\cdot {\text{مول}}^{\text{-1}}$

در نزدیکی زمین، دود اگزوز خودروها منجر به تشکیل ازن در تابستان می شود که سهم قابل توجهی در مه دود تابستانی دارد. در اینجا مطلوب نیست زیرا چشم و غشاهای مخاطی را تحریک می کند و به اندام های تنفسی آسیب می رساند.