氧分子中的两个氧原子全部与底物结合的加氧酶，称为双加氧酶（dioxygenase）。反应通常也消耗NADH或者NADPH，并同样可能依赖于FAD或Fe。双加氧酶催化反应：
发现.加氧酶在1955年同时由两个课题组——日本的早石修课题组与美国的Howard S. Mason课题组，其中早石修因此获得了1986年的沃尔夫医学奖。