암석 속에 약 50질량%, 물에는 약 89질량％ 정도 포함되어 있으며, 화합물로서 지각(두께 16㎞), 수권 중에 가장 많은 원소이다. 또한 유리상태인 산소분자로서 대기 중에 21부피％나 포함되어 있다. 우주에는 수소·헬륨에 이어서 세번째로 많다.
지구가 생성됐을 때 산소는 모두 용융상태로 고정되어 있었다고 생각되는데, 뒤에 출현한 녹색식물의 광합성에 따른 부산물로서 공급되어 현재와 같은 대기가 생긴 것은 10억년 전이라고 한다. 대기 중 산소의 동위원소 조성은 O가 99.76%, O가 0.20%, O가 0.04 %이다. 90%이상으로 농축된 O는 중산소라고 하며 추적자실험에 이용된다.
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