根据电子的排布规则，可以知道正常的氧气电子排布(2S)2(2S*)2(2Pz)2(2Px)2(2Py)2(2Px*)1(2Pz*)1，含有两个孤对电子，所以为三仙态，但是在从外界获得一定的能量以后时，原本处于反键轨道两个孤对电子同时存在于一个反键轨道，所以此时氧气由原来的三线态变成了单线态。因为此类氧分子能量高且有一个空轨道能从其它物质得到电子，具有很强的氧化性。而氧自由基仅仅是不符合八电子规则，容易和其它物质成键，故化学性质活泼，但是其氧化还原性质的表现取决与另一反应物，

氧分子的轨道上有两个未成对电子，为三重态，容易变为自由基 和活性氧。由于和其他电子佩配对要求平行电子，具有自旋限制，所有三重态氧有一定的惰性。
吸收能量后，激发为单线态氧，依照吸收能量不同，又有两种形态。其中的两个轨道的电子自旋相反的很不稳定。另外一种单线态氧空出一个轨道，解除了自旋限制的，反应活性很强。
如果基态的氧接受一个电子，就变成了有一个单电子的典型的超氧阴离子自由基。