氧（原子量：15.9994）共有18种同位素，其中有3种是稳定的。
氧的3种稳定同位素是16O、17O、18O，其中16O最多，丰度为99.762 atom%。
16O的丰度最大可以由恒星进化论解释。大爆炸产生宇宙时仅形成了氢和氦元素，其他元素都是通过后来的恒星中进行的核聚变反应合成的。在恒星内，质子-质子链反应与碳氮氧循环首先进行，“燃烧”氢产生氦。随着烧氢的进行，核在自身重力下收缩，中心温度上升，当温度超过约1亿K时，“燃烧”氦的3氦过程开始，由此产生12C，然后又与氦（4He）原子核反应生成16O。大部分的16O由此产生。
17O的丰度为0.037%，18O为0.204%，是微量的稳定同位素。17O主要是在恒星的碳氮氧循环中，氢燃烧产生氦时合成的。而18O是14N捕获4He合成的（14N由碳氮氧循环产生）。因此，17O主要于恒星的氢壳富集，18O主要于恒星的氦壳富集。
备注：画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。
