地球地殻の元素では質量が最も多く[6]47%が酸素である[1]。気体の酸素分子は大気の体積の20.95%[7]、質量で23%を占める[1]。名称スウェーデンの薬剤師、カール・ヴィルヘルム・シェーレが1771年に初めて見つけた[1]。これはすぐに公にされず、その後1774年にジョゼフ・プリーストリーがそれとは独立して見付けた後に広く知られるようになった[8]。そのため、化学史上の発見者はプリーストリーとされている[9]。genen(生む)を合わせた名称で呼ばれていた。これは、アントワーヌ・ラヴォアジエが、酸素が「酸を生む物」であると誤解して、oxygène(仏語)と名付けた[1]ことに由来する。英語でも「oxygen(オキシジン)」といい、独語でも「Sauerstoff(ザウアーシュトッフ)」といい、日本語でもこれらを宇田川榕菴が直訳して「酸素」と呼んだ。中国語圏では「酸」という字を用いず、「氧」(中国語読み:ヤン。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く存在している。主な存在形態である氷は地球の他、惑星や、彗星、小惑星などにも見られる。火星の極には二酸化炭素が固体のドライアイスとして存在している。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。青みがかった固体となる。フッ素に次いで2番目に電気陰性度が大きい[10]ため酸化力が強く、ほとんどの元素と発熱反応を起こして化合物をつくる[11]。常温常圧では無色無臭で助燃性をもつ気体として存在する。水100グラムに溶解する量は0°Cで6.945ミリグラム、25°Cで3.931ミリグラム、50°Cで2.657ミリグラム[3]。液体酸素は淡青色を示し、比重は1.14である[3]。基底状態の三重項状態では不対電子を持つため常磁性体である。活性酸素の一種で反磁性である励起状態の一重項酸素も存在する。標準状態において一般の[13]酸素は、2つの酸素原子が縮退した三重項の電子配置で化学結合した分子構造(三重項酸素分子)を持つ無色無臭の気体である。この結合次数は2であり、一般に二重結合[14]、または1個の2電子結合と2個の3電子結合と表記される[15]。三重項酸素分子とは電子の全スピン量子数が1となる状態で、具体的には2つの不対電子が酸素分子に2つあるπ*反結合性軌道[16]をひとつずつ占め、しかも同じ向きのスピンを取っている[17]。このとき、酸素分子のエネルギーは基底状態にある[18]。酸素分子の二重結合は反結合軌道にも電子が存在するため、結合軌道のみで電子を充足させる三重結合の窒素よりも安定さは下がり、また、2つの電子が対を作らずビラジカルとして存在するため、結果として酸素分子は窒素分子よりも少ないエネルギーで他の物質と反応しやすくなる[18][19]。通常の三重項酸素分子は常磁性を持つ。これは、不対電子のスピン磁気モーメント(スピンの向きが同じ電子がπ*反結合性軌道に入る[20])とふたつの酸素分子間に働く交換相互作用による[21]。液体酸素は磁石に吸い付けられ、実験では磁極間で自重を支えるに充分強い橋をつくる程である[22][23]。これに対し、外部から高エネルギーが加わり不対電子の一つがスピンを逆方向へ変え[24]、全スピン量子数が0となった酸素を一重項酸素といい、有機化合物との反応性が高い。自然界で一重項酸素は、光合成の過程で水から作られたり[25]、対流圏で短波長の光によってオゾンの分解から発生したり[26]、または免疫システムの中で活性酸素の原料として用いられたりする[27]。熱力学的に反応性が高く不安定な分子ではあるが、地球上では初期には光合成を行なう嫌気性菌により、後の時代には植物の光合成によって年間約1011トン[9]供給され続けているため多量に存在する。酸素呼吸を行なう生物によって消費される。実際、生命が発生する以前の原始大気では酸素分子はほとんど存在せず、二酸化炭素など他の原子と結合した状態であった。逆に、他の天体の大気中に遊離酸素の存在が確認されれば、生命の存在する間接的証拠となると考えられている。酸素は、呼吸をする生物によっては必須であるが、同時に有害でもある[30]。呼吸の過程や光反応などで生じる活性酸素は、DNAなどの生体構成分子を酸化して変性させる[31]。純酸素の長時間吸引は生体にとって有害である。未熟児網膜症の原因になったり、60%以上の高濃度酸素を12時間以上吸引すると、肺の充血がみられたりし、最悪の場合、失明や死亡する危険性がある。25°Cで標準気圧下では、淡水は1リットル中に酸素を6.04ミリリットル含んでいるが、海水では1リットルあたり4.95ミリリットルしか含んでいない[32]。液体酸素は液体空気を分留して得られ、強い酸化剤である[3]。液体空気を放置すると、沸点の低い窒素が先に蒸発するため、酸素分子が濃縮される[3]。1リットルの液化酸素が気化すると約800リットルの酸素ガスになる。自然界において遊離酸素は、光合成によって水が光分解されることで生じ、海洋中の緑藻類やシアノバクテリアが地球大気中の酸素70%を、残りは陸上の植物が作り出している[33]。簡易な光合成の反応式は以下の通りである[34]。酸素)光分解による酸素発生は葉緑体のチラコイド膜中で起こる。させるプロトンの濃度勾配を起こす[35]。この際、水を酸化することで酸素ガスが発生し、大気中に放出される[36]。酸素ガスは好気性生物が呼吸を行い、ミトコンドリアで酸化的リン酸化反応を経てATPを発生させるために使われる。酸素呼吸の反応は本質的に光合成の逆である。+2880kJmol^{-1}}}}脊椎動物では酸素ガスは肺の膜を通して血液中に拡散し赤血球中のヘモグロビンと結びつき、その色を紫がかった赤から明るい赤へ変える[37][38]。他の動物ではヘモシアニン(軟体動物や節足動物の一種など)やヘムエリスリン(クモやロブスターなど)が使われる例もある[39]。酸素から保護するために核膜を獲得した[31]。その一方で高等生物は免疫系で細菌を破壊するために過酸化物を用いている[37][40]。活性酸素は重要な役割を果たす[41][42]。