Tlen tworzy wiązanie jonowe z pierwiastkami takimi jak sód i wapń oraz wiązanie kowalencyjne z pierwiastkami takimi jak węgiel, azot, wodór i sam w sobie. Zwykły gaz tlenowy składa się z dwóch kowalencyjnie związanych atomów tlenu, podczas gdy ozon składa się z trzech.
Ze względu na gotowość tlenu do tworzenia wiązań z metalami, wodorem i węglem, gaz tlenowy jest wyjątkowo reaktywny, a utlenianie węglowodorów szybko wytwarza ciepło w procesie zwanym spalaniem. Więzy wodorowe tworzą się również między wodorem i tlenem, nawet gdy tlen jest już kowalencyjnie związany z innymi atomami wodoru, takimi jak w wodzie. Te wiązania powodują, że woda pozostaje cieczą w dużym zakresie temperatur.
