酸素は、フッ素に次いで2番目に電気陰性度が大きい元素であり、ほとんどの元素と化合物をつくる（希ガスであるキセノンも、XeO₃などの化合物を作ることが知られている）。

同位体については、3種類の安定同位体と10種の放射性同位体（いずれも半減期3分未満）が知られている。

酸素は、地球の地殻（質量比で約46.7%）およびマントルに最も多く含まれている元素であり、多くは岩石中に酸化物・ケイ酸塩・炭酸塩などの形で存在する。

地球外でも酸素は多量に存在している。主な存在形態である氷は地球以外の惑星や、彗星、小惑星などにもみられる。火星の極にある氷は固体の二酸化炭素、すなわちドライアイスである。星が生まれる元となる分子雲では一酸化炭素が分子の中で2番目に存在量の多い分子である。酸素の起源は恒星核におけるヘリウムの核融合であり、酸素のスペクトルが検出される恒星も存在している。超新星爆発の際に大量に放出されることから、酸素とその化合物は宇宙に広く存在するとの説もある。

約90Kで液体、約54Kで青みがかった固体となる。ダイアモンドアンビルなどで100万気圧を超えた高圧下では金属光沢を持ち、125万気圧、0.6Kでは超伝導金属となる。