ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานออกซิเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส มีสูตรโมเลกุล O 2เรียกว่าไดอ็อกซิเจน ในฐานะที่เป็นไดอ็อกซิเจนอะตอมของออกซิเจน 2 อะตอมจะมีพันธะทางเคมีซึ่งกันและกัน พันธะสามารถอธิบายได้หลากหลายตามระดับของทฤษฎี แต่อธิบายได้อย่างมีเหตุผลและเรียบง่ายว่าเป็นพันธะโควาเลนต์คู่ที่เป็นผลมาจากการเติมออร์บิทัลโมเลกุลที่เกิดจากออร์บิทัลอะตอมของอะตอม ออกซิเจน แต่ละอะตอม การเติมซึ่งส่งผลให้เกิดพันธะ คำสั่งของสอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พันธะคู่เป็นผลมาจากพลังงานต่ำไปสูงตามลำดับหรือAufbauการเติมออร์บิทัล และผลการยกเลิกการมีส่วนร่วมจากอิเล็กตรอน 2s หลังจากการเติม σ และ σ * ต่ำตามลำดับวงโคจร; σ การทับซ้อนกันของออร์บิทัลอะตอม 2p สองคู่ที่อยู่ตามแกนโมเลกุล O–O และการทับซ้อนกันของออร์บิทัลอะตอม 2p สองคู่ที่ตั้งฉากกับแกนโมเลกุล O–O และการยกเลิกการมีส่วนร่วมจากอิเล็กตรอน 2p ที่เหลืออีกสองตัวหลังจากบางส่วน การเติม ออร์บิทัลπ การรวมกันของการยกเลิกและ σ และ π ที่ทับซ้อนกันนี้ส่งผลให้เกิดลักษณะพันธะคู่และปฏิกิริยาของไดออกซิเจน และสถานะกราวด์อิเล็กทรอนิกส์แบบสามเท่า โครง แบบอิเล็กตรอนที่มีอิเล็กตรอนไม่เข้าคู่ 2 ตัว ดังที่พบในออร์บิทัลไดอ็อกซิเจน (ดูออร์บิทัล π* ที่เติมในแผนภาพ) ที่มีพลังงานเท่ากัน—กล่าวคือ เสื่อม—เป็นโครงแบบที่เรียกว่าสถานะสปินทริปเล็ต ดังนั้นสถานะพื้นของO 2โมเลกุลเรียกว่าtriplet oxygen ออร์บิทัลที่มีพลังงานสูงสุดและถูกเติมบางส่วนเป็นแอนติบอดีดังนั้นการเติมของออร์บิทัลจึงลดลำดับพันธะจากสามเหลือสอง เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่เข้าคู่ของมัน ออกซิเจนสามเท่าจึงทำปฏิกิริยาได้ช้ากับโมเลกุลอินทรีย์ส่วนใหญ่ซึ่งมีการหมุนของอิเล็กตรอนที่จับคู่ สิ่งนี้จะป้องกันการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง