最初的地球大气成分应与火山喷出的气体相似，由水蒸气、二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和氯化氢组成。此时的“居民”是在无氧环境中生活的。大约20亿年前，当地球上出现自由氧的时候，生命受到了氧的威胁。当时地球上铁很多，由远古微生物产生的氧与铁化合形成了铁矿。多余的氧的出现大约是22亿年前的引力分异的作用结果。这是第一次氧革命（非因生命繁殖，而是地质变化过程所致）。而8亿年前发生了第二次氧革命，当大气中存在着来自两方面的动态平衡：一方面是由水和二氧化碳合成的有机物，另一方面是水和二氧化碳的有机填料的氧化。反应过程中未氧化的有机填料导致了大量自由氧的产生和积聚，当大气中氧的含量达到足够的量时，才有了产生多细胞——人类祖先的可能。

另一种理论认为，地球的大气演化经历了原始大气、还原大气和氧化大气（现代大气）三代。地球形成时原始大气早不存在，它已全部或大部份散逸到空间。之后，地球处于一种溶化阶段，加速了气体从内部溢出的过程，地球引力使其聚集在它的周围。前二代地球大气缺少氧。而氧化大气主要来自植物的光合作用，其次来自太阳能的辐射，使水分解成游离氧，从而使还原大气变为以氮和氧为主的氧化大气。从那时起大气中含有丰富的游离氧。8000万年前地球上的氧气，占整个大气的30%，今天只有21%，近1/3的氧气已经耗尽。

植物具有调节二氧化碳和氧，并能维持其动态平衡的能力。植物在光合作用中每吸收44克二氧化碳，就能产生出32克氧气。白天释放出的氧气，要比呼吸作用消耗的氧气大20倍。每公顷森林每天可吸收二氧化碳1000公斤、生产氧气730公斤。每公顷公园绿地吸收二氧化碳900公斤，生产氧气600公斤。每亩草地每天生产40公斤氧气，吸收13.5公斤二氧化碳气。竹子更是造氧的能手，同面积的竹林比树林可多释放35%的氧气。海洋中产生氧的浮游植物，占据的水层厚度达100米，而陆地植物所占的高度不超过10米。世界上的森林和其他植物，一年约可生产4000亿吨氧，植物使氧在大气中的成分保持了稳定。

氧是一种无色、无臭、无味的气体，在0℃和一个大气压时，一体积水能溶解0.049体积氧气。在标准大气压下，氧气在-183℃时，变为淡黄色的液体，在-218℃时，变成雪花状的淡黄色固体。氧气的化学性质很活泼，能跟大多数金属和非金属直接反应，也能跟某些无机化合物和有机化合物反应。

大多数金属能被氧所氧化。活泼金属钾、钙、钠最容易被氧化；镁、铝、锌等金属在常温下就能被氧化；在潮湿的情况下，铁、锡、铅较容易被氧化。铂、金等少数金属不能与氧气直接反应，加热时也不被氧化。

金属同周围介质发生化学作用而遭受的破坏称为金属腐蚀.20世纪70年代全世界的钢铁有1/3因锈蚀而报废，仅美国和原苏联每年报废钢铁就达到4000万吨，完全不能回收的达1000万吨。

日本首次发现，在超高压和低温的环境下，氧气能够成为超导体。把氧装入钻石容器，施以100万～125万个大气压，并把温度降至零下272.55℃以下，这时氧就显示出超导体所特有的现象。确认氧气的超导特性，对于了解木星和土星的状况很有价值。

氧气的最大用途是供呼吸。人体呼吸时空气通过口腔、鼻腔、支气管与支气管分支进入肺泡；氧通过肺泡和毛细血管壁进入血液，由血液中的红细胞将氧运送到全身组织器官的细胞内而被利用。

其实炉火的燃烧和人的进食与呼吸很有相似之处。煤块燃烧，并不断注入空气，碳元素和氧结合释放出热能。而人体进食后在胃肠里完成了消化工作，并成为养料通过血管和淋巴腺被送到身体各部分，这养料就是人体内的燃料。燃料能使人活动、工作、运动、思维，即使休息的时候，内脏器官也一直在活动。

人吸入氧气后，也由血液带到全身与养料发生氧化作用，产出的二氧化碳由肺部排出体外，如此吸入氧气，呼出二氧化碳气，使“体内的燃烧”正常进行。不同的是一般的燃烧较为剧烈。成年人每分钟呼吸16次，以每次呼入半公升氧计算，1分钟需要8公升氧气，1天需要10000多公升。如果没有这么多的氧气去置换体内的二氧化碳，热能释放就要停止，生命活动也将结束。就像堵死炉门炉火会很快熄灭一样。人要是停止呼吸2至5分钟，就会死亡。

人脑虽然只占体重的2%，但是它的耗氧量却占全身的20%以上。脑细胞只要停止供氧几十秒就会丧失意识。因此，氧也是脑的一种营养物。流向大脑的血液中富含养料和氧气，将有利于大脑的思维。

老年人大脑通常处于慢性缺氧状态，高度脑力劳动者也相对缺氧。人口高度集中的城市上空二氧化碳相对较浓，40%的氧气要靠大气环流从大洋上送来，氧气含量少于10%时，人就会恶心呕吐。

人在紧张的劳动、学习过程中，能量消耗很大，产生的二氧化碳也多，此时理应吸入较多的氧，才能保持生理平衡。如不能获得这种平衡，以至欠下“氧债”，会使人有近似窒息的感觉，身体出现的保护性反应就是打呵欠。这是一种特殊的深呼吸，可吸进氧气，排出大量的二氧化碳。

在氧气不足的情况下出现的缺氧症称氧饥饿，人体自身有强大的抗缺氧症系统。该系统对短时氧饥饿或长期氧饥饿都会有反应。如果短时间缺氧，心、脑和肺部血管会出现扩张现象，肾上腺皮层的激素水平增加。如果长时间缺氧，比如在高山上，则肺部组织的团块增加，在所有器官和组织中易形成新的毛细血管，红血球数量随之增加，激素水平提高，动平衡水平也相应提高。而在人的老化过程中，则一切都向相反方向发展，动平衡水平降低，器官供血不足，激素水平下降。

人们常常为缓解精神压力而吸氧。但乌克兰科学家却用缺氧训练来帮助人缓解压力。他们制造出一个“山地疗法”实验室，气压、含氧量都模拟高山的标准。由一组身体健康、但生活压力较大的志愿者来接受实验，进行了为期24天的山地疗法。志愿者每天进行几次特别的呼吸运动，每次15分钟。空气中正常含氧量为21%，而进行“山地疗法”的志愿者第一天便接受含氧量13%-14%训练，最后几天仅10%-12%。实验结束后，志愿者的体能，均有明显提高，精神压力得以缓解。

科学地进行缺氧训练，可激发人的骨髓造血功能，使血液中的红血球、血红蛋白含量提高，增强人体氧气输送系统的功能，从而改善人的呼吸、血管和中枢精神系统的工作状态，使人沉着镇定地面对挑战。

若在短时间内迅速进入5000米以上的海拔地区，少数人可能因缺氧而引起神经系统方面的种种障碍，如视觉减弱、痛觉迟钝、综合分析能力差，严重者可出现惊厥、意识丧失、昏迷、瘫痪等症状。

为何有人能适应高山的稀薄空气？这有多种原因：人体在呼吸缺氧空气时，为其组织获得足够氧气的一种方法是，能产出更多的红血球细胞，从而增加了输送氧气的血红蛋白的总量。高海拔地区的西藏人，体内血红蛋白的增加幅度不甚明显，但氧化氮的总量却高于常人。氧化氮能扩张血管，增加血流量。

英国18世纪的科学家卡文迪许最先从水中分解出氧和氢。今天，在太空飞行中，空间站里的氧气主要来自电解水。电解水产生的氢气，可以和宇航员呼吸时所产生的二氧化碳进行反应，生成水和甲烷（沼气）。水可以重新参与电解，以制造氧气。

而1834年法国发明的，用高压氧疗法治疗肺疾患者以来，到了20世纪中叶，高压氧治疗在世界得到广泛应用。这种治疗方法通过提高患者机体和组织中的血氧含量和氧储备，并通过一系列的生理、生化的变化达到治疗的目的。