Ôxy tạo thành liên kết ion với các nguyên tố như natri và canxi và liên kết cộng hóa trị với các nguyên tố như cacbon, nitơ, hydro và chính nó. Khí ôxy thông thường bao gồm hai nguyên tử ôxy liên kết cộng hóa trị với nhau, còn ôzôn bao gồm ba.
Do oxy sẵn sàng tạo liên kết với kim loại, hydro và carbon, khí oxy rất dễ phản ứng và quá trình oxy hóa hydrocacbon nhanh chóng tạo ra nhiệt trong một quá trình gọi là quá trình đốt cháy. Liên kết hydro cũng hình thành giữa hydro và oxy, ngay cả khi oxy đã được liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử hydro khác, chẳng hạn như trong nước. Những liên kết này là lý do tại sao nước vẫn là chất lỏng trong một khoảng nhiệt độ lớn.
