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=== 構造 ===
[[ファイル:8 oxygen (O) Bohr model.png|thumb|酸素の原子模型図。原子の手が8つある]][[標準状態]]において一般の<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.nsc.nagoya-cu.ac.jp/scicafe/report20080314.html|title=βカロチンの活性酸素消去能力を測る|publisher = [[名古屋大学]]|accessdate =2010-05-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20091113034151/http://www.nsc.nagoya-cu.ac.jp/scicafe/report20080314.html|archivedate=2009-11-13}}</ref>酸素は、2つの酸素原子が縮退した[[三重項]]の電子配置で[[化学結合]]した分子構造（[[三重項酸素]]分子）を持つ無色無臭の気体である。この[[結合次数]]は2であり、一般に[[二重結合]]<ref>{{cite web|url=https://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch8/mo.html#bond|title=Molecular Orbital Theory|publisher = Purdue University|accessdate =2008-01-28}}</ref>、または1個の2電子結合と2個の3電子結合と表記される<ref name="pauling">{{cite book |title=The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals : an introduction to modern structural chemistry |author=Pauling, L. |year=1960 |publisher=Cornell University Press |location=Ithaca|edition=3rd}}</ref>。三重項酸素分子とは電子の全スピン量子数が1となる状態で、具体的には2つの[[不対電子]]が酸素分子に2つあるπ{{sup|*}}[[反結合性軌道]]<ref>{{Cite web|和書|url=http://mole.rc.kyushu-u.ac.jp/~fuchita/ChemicalBonding/12th/Note12.pdf|format=PDF|language=日本語|title=第15章 分子の形成と性質|author=淵田吉男 |publisher=[[九州大学]]高等教育総合開発研究センター|accessdate=2010-05-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120115021240/http://mole.rc.kyushu-u.ac.jp/~fuchita/ChemicalBonding/12th/Note12.pdf|archivedate=2012-01-15}}</ref>をひとつずつ占め、しかも同じ向きのスピンを取っている<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.pharm.or.jp/words/word00488.html|language=日本語|title=薬学用語解説【三重項酸素】|author= |publisher=財団法人日本薬学会|accessdate=2010-05-28}}</ref>。このとき、酸素分子のエネルギーは基底状態にある<ref name="BiochemOnline">{{cite web|title = Biochemistry Online|url = https://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bcintro/default.html| chapterurl=https://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/oxphos/oldioxygenchem.html |chapter=Chapter 8: Oxidation-Phosphorylation, the Chemistry of Di-Oxygen|first=Henry|last=Jakubowski|accessdate=2008-01-28|publisher=Saint John's University}}</ref>。また、酸素分子の二重結合は反結合軌道にも電子が存在するため、結合軌道のみで電子を充足させる三重結合の[[窒素]]よりも安定さは下がり、また、2つの電子が対を作らず[[ビラジカル]]として存在するため、結果として酸素分子は窒素分子よりも少ないエネルギーでほかの物質と反応しやすくなる<ref name="BiochemOnline"/><ref>{{Cite web|和書|url=http://www.sugalab.mp.es.osaka-u.ac.jp/~sekiyama/PES1/kaisetu2_1.html|language=日本語|title=物性物理超入門編 電子とイオン結合と共有結合|author=関山明 |publisher=[[大阪大学]]大学院基礎工学研究科|accessdate=2010-05-28}}</ref>。

通常の三重項酸素分子は[[常磁性]]を持つ。これは、不対電子のスピン磁気モーメント（スピンの向きが同じ電子がπ*反結合性軌道に入る<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/nakazatolab/nakazato/LsseeA1.pdf|format=PDF|language=日本語|title=第1回演習問題|author=中里和郎|publisher=[[名古屋大学]]大学院工学研究科|accessdate=2010-05-28}}</ref>）とふたつの酸素分子間に働く[[交換相互作用]]による<ref name="NBB303"/>。液体酸素は磁石に吸いつけられ、実験では磁極間で自重を支えるに充分強い橋を作るほどである<ref>{{cite web|url = http://genchem.chem.wisc.edu/demonstrations/Gen_Chem_Pages/0809bondingpage/liquid_oxygen.htm|title = Demonstration of a bridge of liquid oxygen supported against its own weight between the poles of a powerful magnet|publisher = University of Wisconsin-Madison Chemistry Department Demonstration lab| accessdate = 2007-12-15}}</ref><ref>Oxygen's paramagnetism can be used analytically in paramagnetic oxygen gas analysers that determine the purity of gaseous oxygen. ({{cite web|url = http://www.servomex.com/oxygen_gas_analyser.html|title = Company literature of Oxygen analyzers (triplet)|publisher = Servomex|accessdate = 2007-12-15}})</ref>。

これに対し、外部から高エネルギーが加わり不対電子のひとつがスピンを逆方向へ変え<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.nsc.nagoya-cu.ac.jp/~watanabe/activeo.html |language=日本語|title=活性酸素|author=渡邉準 |publisher=[[名古屋大学]]システム自然科学研究科|accessdate=2010-05-28}}</ref>、全スピン量子数が0となった酸素を[[一重項酸素]]といい、[[有機化合物]]との反応性が高い。自然界で一重項酸素は、光合成の過程で水から作られたり<ref>{{cite journal|first=Anja|last=Krieger-Liszkay |accessdate=2007-12-16|journal=Journal of Experimental Botanics|year=2005|volume=56|publisher=Oxford Journals|pages=337-46|published=2004-10-13|title=Singlet oxygen production in photosynthesis|doi=10.1093/jxb/erh237|pmid=15310815|issue=411}}</ref>、[[対流圏]]で短波長の光によって[[オゾン]]の分解から発生したり<ref name="harrison">{{cite book|last=Harrison |first=Roy M.|year=1990|title=Pollution: Causes, Effects & Control|edition=2nd |location=Cambridge|publisher=[[王立化学会|Royal Society of Chemistry]]|isbn=0-85186-283-7}}</ref>、または免疫システムの中で[[活性酸素]]の原料として用いられたりする<ref name="immune-ozone">{{cite journal|journal=Science|title=Evidence for Antibody-Catalyzed Ozone Formation in Bacterial Killing and Inflammation|year=2002|volume=298|issue=5601|pages=2195-2219|doi=10.1126/science.1077642|author=Wentworth, Paul Jr. ''et al.''|pmid=12434011}}</ref>。