L'ossigeno forma un legame ionico con elementi come sodio e calcio e un legame covalente con elementi come carbonio, azoto, idrogeno e se stesso. Il gas dell'ossigeno ordinario consiste di due atomi di ossigeno legati insieme covalentemente, mentre l'ozono consiste di tre.
A causa della prontezza dell'ossigeno a formare legami con metalli, idrogeno e carbonio, il gas dell'ossigeno è estremamente reattivo e l'ossidazione degli idrocarburi produce rapidamente calore in un processo chiamato combustione. I legami idrogeno si formano anche tra idrogeno e ossigeno, anche quando l'ossigeno è già legato covalentemente ad altri atomi di idrogeno, come nell'acqua. Questi legami sono il motivo per cui l'acqua rimane un liquido in un ampio intervallo di temperature.
