氧4分子（O），也被称作四聚氧。1924年，吉尔伯特·牛顿·路易斯首先预测了它的存在，以解释液氧不符合居里定律（顺磁性物质的磁化率与热力学温度成反比）的原因。现在看来路易斯的预测并不准确，但不是完全错误：计算机模拟表明，虽然液氧中没有稳定的O分子，O分子确实倾向于形成反平行自旋的双聚体O。1999年，科学家认为固态氧的ε相（压强大于10GPa下存在）中氧的存在形式为O。然而2006年时，X射线晶体学表明这种被称作ε氧或红氧的稳定相实际上是。 然而，氧4作为一种存在时间很短的化学物质已经能用质谱法检测到。