Atom tlenu ma dwa poziomy energetyczne, z dwoma elektronami na orbicie pierwiastkowej, dwoma elektronami na orbicie drugiego i czterech elektronów w orbitalu sekundowym. Ma osiem elektronów, osiem protonów i osiem neutronów.
Atom tlenu ma promień atomowy 0,65 angstremów i promień jonowy 1,4 angstremów. Jego objętość atomowa wynosi 14 centymetrów sześciennych na mol, podczas gdy jej promień kowalencyjny wynosi 0,73 angstremów. Liczba atomowa tlenu wynosi 8, a jej masa atomowa wynosi 15,99 jednostek masy atomowej. Możliwe stany utleniania dla atomu tlenu to +2, +1, a1 i A2.
