氧气是一种化学性质较活泼的物质，能与很多物质发生化学反应，具有氧化性。空气中可燃烧的物质，在氧气中燃烧得更剧烈；某些在空气中不燃烧的物质，在氧气中可以发生燃烧。

除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧气反应，这些反应称为氧化反应，而经过反应产生的化合物（有两种元素构成，且一种元素为氧元素）称为氧化物。

一般而言，非金属氧化物的水溶液呈酸性，而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。此外，几乎所有的有机化合物，可在氧中剧烈燃生成二氧化碳与水。

化学上曾将物质与氧气发生的化学反应定义为氧化反应，氧化还原反应指发生电子转移或偏移的反应。氧气具有助燃性，氧化性。

氧化反应特别是燃烧反应时，放出的大量热可被利用。例如燃煤取暖、火力发电；工业上利用乙炔在氧气里燃烧时产生的氧炔焰来焊接或切割金属，氧炔焰能产生3000℃以上的高温。