更低温度发生自发反应，这称为自然氧化。大部分含氧有机化合物都可以通过直接与<chem>O2</chem>反应来合成。在工业和商业上以这种方法制成的有机化合物包括环氧乙烷和过氧乙酸等。几乎所有生物分子都含有氧原子。只有少数复杂生物分子不含氧，如鲨烯和胡萝卜素。在生物学中起到重要作用的有机化合物中，碳水化合物的含氧质量比例最高。所有脂肪、脂肪酸、氨基酸及蛋白质都含氧原子（因为均含有羰基）。氧还出现在磷酸盐（<chem>PO4^{3-}</chem>）中，是承载能量的ATP和ADP分子的组成部分；在嘌呤（腺嘌