氧循環
動植物的呼吸作用及人類活動中的燃燒都需要消耗氧氣，產生二氧化碳，但植物的光合作用卻大量吸收二氧化碳，釋放氧氣，如此構成了生物圈的氧循環（氧循環和碳循環是相互聯係的）。
氧循環示意圖氧在各圈層中的濃度如下：
地球整體：28.5％
地殼：46.6％
海洋：總量85.8％
溶解氧量，15℃時為6毫克/千克
大氣：23.2％
所有元素中，唯有氧是同時在地殼、大氣、水圈和生物圈中都有著極大豐度的元素。因此，在生物界和非生物界，元素氧都有著極端重要的地位。
在地殼中，形成岩石的礦物質中約95％是矽酸鹽，其主要結構單元是四麵體的矽酸鹽（SiO44-），其餘5％的組分也大多含有氧元素，如石灰岩中的碳酸鹽（CO32-）、蒸發岩中硫酸鹽（SO42-）、磷酸鹽岩石中的磷酸鹽（PO43-）等。氧的離子半徑是140皮米（1皮米=10-12米），除鈣（100皮米）、鈉（102皮米）、鉀（138皮米）外，地殼岩石中其他主要元素的離子半徑都小於80皮米。正因為氧具有特別大的離子半徑，所以以體積計的地殼元素組成中，氧占了極大的比例。當SiO44-這類含氧基團在岩石發生風化碎裂時，通常仍能以不變的原形進入地球化學循環，即隨水流遷移到海洋，進入海底沉積物，甚至重新返回陸地。因此，地殼中存在的氧可看成是化學惰性的。
大氣中的氧主要以雙原子分子O2形態存在，並且表現出很強的化學活性。這種化學活性足以影響能與氧生成各種化合物的其他元素（如碳、氫、氮、硫、鐵等）的地球化學循環。大氣中的氧氣多數來源於光合作用，還有少量係產生於高層大氣中水分子與太陽紫外線之間的光致離解作用。
在此反應中，同時產生的H2逸散到大氣空間。
在紫外光作用下，大氣中氧能轉變為三原子分子臭氧。第一步是氧分子通過光解反應生成氧原子。
隨後，氧原子和氧分子結合生成臭氧分子：
O+O2O3
通過以上反應，在距地麵約10~40千米的大氣層上空形成了臭氧層。正常情況下，臭氧分子的形成過程和隨後的分解過程在臭氧層中達到平衡，所以，臭氧層中的臭氧具有大體恒定的濃度；又由於臭氧的生成和分解都需要吸收紫外光，所以臭氧層成為地球上各種生物抵禦來自太陽過強紫外光輻射的天然屏障。臭氧層對於地球生物有著生死攸關的作用。
在組成水圈的大量水中，氧是主要組成元素；在水體中還有各種形式的大量含氧陰離子以及相當數量的溶解氧，它們無不對水圈或整個生物圈中的生物有著極為重要的意義。
在生物光合作用和呼吸作用的過程中，參與氧循環的物質有CO2、H2O等。化石燃料的燃燒和有機物腐爛分解過程則是與呼吸作用具有類似情況的一類氧化反應。
由於火山爆發或有機體腐爛產生的H2S，能在大氣中進一步被氧化為含氧化合物SO2，化石燃料燃燒及從含硫礦石中提取金屬的過程中也都能產生SO2，這些SO2在大氣中被氧化為SO42-，然後通過酸雨形式返轉地麵。相似地，由微生物或人類活動產生的各種氮氧化合物最終也被氧化為NO-3，然後通過酸雨形式返回地麵。
在陸地（也少量地發生在海洋中），有許多金屬通過氧化過程轉化為不溶性氧化物，也有一些還原性的非金屬可能被氧化為溶解性更大的化合物。如：