O oxigênio forma uma ligação iônica com elementos como sódio e cálcio e uma ligação covalente com elementos como carbono, nitrogênio, hidrogênio e ele mesmo. O gás oxigênio comum consiste em dois átomos de oxigênio ligados covalentemente, enquanto o ozônio consiste em três.
Devido à prontidão do oxigênio para formar ligações com metais, hidrogênio e carbono, o gás oxigênio é extremamente reativo, e a oxidação dos hidrocarbonetos rapidamente produz calor em um processo chamado combustão. As ligações de hidrogênio também se formam entre o hidrogênio e o oxigênio, mesmo quando o oxigênio já está covalentemente ligado a outros átomos de hidrogênio, como na água. Essas ligações são a razão pela qual a água permanece um líquido em uma ampla faixa de temperatura.
