固氧、固态氧形成于正常大气压的54.36K（-218.79°C）以下。固态的氧气由于吸收红色光，像液氧一样，是浅蓝色透明物质。氧分子因它在分子磁化（molecular magnetization）上与晶体结构、电子排布、超导电性的关系而受到关注。氧分子是能承载磁矩的唯一的简单双原子分子（通常情况下纵使所有分子也只有少数能够如此）。它被认为是“受自旋控制（spin-controlled）”的晶体，并因此展现出不寻常的磁性规律。在极高压下，固氧从热绝缘材料变成金属的形态；而在极低温下，它甚至能变成超导体。对固氧的结构研究始于19世纪20年代，目前，已确定六种明确的晶体相。
固氧的密度从α相的约21 cm3/mol，到γ相的约 23.5 cm3/mol 。固氧的摩尔质量 来自美国国家标准技术研究所
已知存在六种不同相态的固氧：
已知室温下给氧气施加压强时，它会凝固成叫做β相的物态。继续加大压强后，9GPa时，β相相变为δ相，10GPa时变为ε相。同时，随着分子间斥力的增大，β相的颜色从粉红到橙色，再到红色（稳定的O8形式），红色随压强增大而逐渐变深直至黑色。96GPa下ε相出现后继续压缩，将出现金属形式的ζ相。
随着室温下氧气的压强超过10GPa，它将出人意料地相变为另一个同素异形体。它的体积骤减，颜色也从蓝变成深红。这种ε相发现于1979年，但当时它的结构并不清楚。基于它的红外线吸收光谱，1999年，研究人员推断此相态是O4分子的晶体。但在2006年，X射线晶体学表明这个被称作ε氧或红氧的稳定相态实为O8。此结构在理论上不曾被预测：由四个O2分子组成的菱形的O8原子簇。
所有相态中，这个相态相当有趣。它颜色为深红色，对红外线吸收能力很强，并有磁场缩灭（magnetic collapse）。它在很大的压强范围内（10GPa至96GPa）稳定，已成为许多X射线衍射、光谱学和理论学者的课题。
ε相的氧被继续压缩后，出现了ζ相。这种相态在1990年，给氧气施加132GPa压强时也出现了。已知金属的、簇状的ζ相在低温下表现出超导性。
氧原子
O
氧2 (单线态和三线态)
O2
氧3（臭氧）
O3
氧4
O4
氧8（固氧）
O8
