Khí oxi là một đơn chất phi kim rất hoạt động, đặc biệt ở nhiệt độ cao, dễ dàng tham gia phản ứng hóa học với nhiều phi kim, nhiều kim loại và hợp chất. Trong các hợp chất hóa học, nguyên tố oxi có hóa trị II.

Cụ thể:

- Tác dụng với kim loại: O₂ oxi hóa được hầu hết các kim loại trừ Ag, Au, Pt.

Ví dụ: 

- Tác dụng với hiđro, phản ứng có thể gây nổ mạnh nếu tỉ lệ thể tích O₂ : H₂ = 1:2

Phương trình hóa học: 

- Tác dụng với một số phi kim khác:

Ví dụ:

+ Tác dụng với một số hợp chất:

Ví dụ: