Reaktivitou připomíná halogeny. S vyjímkou lehčích vzácných lehčích plynů vytváří sloučeniny se všemi prvky. Atomový kyslík je vysoce reaktivní a vzniká pouze v chemických reakcích. Reakce látek s kyslíkem – oxidace – probíhá při běžné teplotě pomalu a uvolňuje se při ní teplo. Za vyšší teploty se rychlost oxidace výrazně zvětšuje a reakce jsou výrazně exotermické. Prudká reakce látek s kyslíkem provázená tepelným a světelným zářením je hoření. K hoření látek dochází nejen v kyslíku, ale i v chloru, fluoru, parách síry aj.
Oxidační procesy (dýchání, reakce v zemské kůře) vážou velké množství vzdušného kyslíku. V ovzduší ho však neubývá, protože se uvolňuje fotosyntézou. Ozon vzniká všude tam, kde se část molekul O2 štěpí na atomy, které se slučují s dalšími molekulami O2 (účinek blesku, UV záření). Je to nestálý plyn, snadno se rozkládá a uvolňuje atomový kyslík, proto má silné oxidační účinky. Usmrcuje mikroorganismy a jeho vdechování ve vysokých koncentracích může být škodlivé (nervový jed). Pohlcuje krátkovlnné ultrafialové záření a vrstva ozonu ve výšce 25 km nad Zemí chrání organismy před tímto zářením.
Kyslík se v laboratoři připravuje tepelným rozkladem látek snadno uvolňujících kyslík (HgO, KMnO4), nebo rozkladem vody. Plynný kyslík se používá v hutnictví (výroba železa a oceli), ke sváření a řezání kovů, ve sklářství. Kapalný kyslík se používá jako raketové palivo.

Oxidy a peroxidy
Oxidy jsou dvouprvkové sloučeniny kyslíku s jinými prvky. Atomy kyslíku v nich mají větší elektronegativitu a oxidační číslo –II. Kyslík tvoří oxidy téměř se všemi prvky, s některými tvoří řadu oxidů lišících se složením, strukturou a vlastnostmi. Oxidy se podle druhu vazby a struktury dělí na:
a) Iontové oxidy obsahují anionty O2- a kationty Mn+ vázané navzájem iontovou vazbou (M je většina s-prvků, lanthanoidy a některé prvky s malou elektronegativitou; n je 1 až 3).