بهطور طبیعی اکسیژن به شکل سه ایزوتوپ اکسیژن-۱۶ (۱۶O)، اکسیژن-۱۷ (۱۷O) و اکسیژن-۱۸ (۱۸O) وجود دارد که از میان آنها اکسیژن-۱۶ دارای بیشترین میزان فراوانی است (فراوانی طبیعی: ۹۹٫۷۶۲ درصد).
اکسیژن به دو صورت در طبیعت وجود دارد. یکی از شیوه های وجود اکسیژن در سطح زمین، تولید شده توسط گیاهان در فرایند تنفس کلروفیلی است. اکسیژن همچنین در آب های آزاد، مانند دریا و اقیانوس ها موجود است که بهوسیله گیاهچه ها و جانوران در این مناطق تولید می شود. در نهایت، اکسیژن به صورت مولکول های جدا شده در جو حاضر است که به شکل اکسیژن مولکولار شناخته می شود و جهت تنفس مورد استفاده قرار می گیرد.