Sauerstoff gehört zu den am häufigsten vorkommenden und wichtigsten Elementen auf der Erde. Viele seiner Eigenschaften machen es für die Zusammensetzung und Kontinuität verschiedener Systeme im Universum sehr wichtig. Sauerstoff ist ein hochreaktives Element; es ist an einer Vielzahl unterschiedlicher chemischer Reaktionen beteiligt und ist absolut integraler Bestandteil vieler chemischer Prozesse, die rund um und überall auf der Erde ununterbrochen ablaufen. Die spezifischen Eigenschaften von Sauerstoff auf mikroskopischer Ebene, wie Allotropie und Elektronegativität, machen ihn für das Leben selbst und für viele lebensnotwendige organisch-chemische Prozesse unentbehrlich.
Wenn man über Sauerstoff spricht, ist es üblich, sich auf seine gasförmige Form zu beziehen, obwohl es auch andere Formen gibt. Dieses Element existiert normalerweise als zwei Sauerstoffatome, die miteinander verbunden sind und als Gas existieren. Bei besonders hohen Drücken kann es zu flüssigen und festen Formen komprimiert werden; dies ist jedoch selten und kommt in der Natur selten vor. Zweiatomiger Sauerstoff, auch molekularer Sauerstoff genannt, ist farb- und geruchlos. Es ist für viele Prozesse, die in Lebewesen ablaufen, wichtig, insbesondere für die Zellatmung.
Allotropie ist eine der wichtigsten Eigenschaften von Sauerstoff. Allotrope beziehen sich auf die verschiedenen Arten, wie ein einzelnes Element zu Molekülen kombiniert werden kann. Zweiatomiger Sauerstoff, O2, ist das häufigste Allotrop, und O3, Ozon, ist eine weitere gasförmige Form, die hochreaktiv und in der Erdatmosphäre reichlich vorhanden ist. O4 und O1 sind beide relativ instabile Allotrope; Vor allem O1-Atome werden als freie Radikale bezeichnet und sind äußerst reaktiv. Fester Sauerstoff kann in vielen verschiedenen Formen vorkommen, auch als O8.
Es gibt viele verschiedene chemische Verbindungen, die Sauerstoffatome enthalten. Wasser mit der chemischen Formel H2O ist wahrscheinlich das am weitesten verbreitete Beispiel, da es in Massen auf der ganzen Erde sichtbar ist. Es gibt mehrere Eigenschaften von Sauerstoff, die ihm seine hohe Reaktivität und Fähigkeit zur Bildung von Verbindungen verleihen. Es ist beispielsweise stark elektronegativ, das heißt, es kann Elektronen an sich ziehen. Chemische Bindungen treten auf, wenn Elektronen übertragen oder geteilt werden, daher führt eine hohe Elektronegativität im Allgemeinen zu einer hohen Reaktivität.
Die Verbrennung ist eine von vielen verschiedenen Reaktionen, an denen Sauerstoff häufig beteiligt ist. Bei Verbrennungsreaktionen wird ein Brennstoff oxidiert, das heißt chemisch abgebaut und ein Teil davon durch Sauerstoffatome ersetzt. Aus diesem Grund hört eine Kerze auf zu brennen, wenn sie abgedeckt und von einer Sauerstoffquelle entfernt wird. Normalerweise ist eine anfängliche Energiequelle erforderlich, um das Auftreten einer Verbrennungsreaktion zu bewirken. Ähnliche Reaktionen mit Sauerstoff sind auch an den essentiellen energieerzeugenden Prozessen in Organismen beteiligt, wie der Zellatmung und der Photosynthese.