Строение и, следовательно, свойства соединений кислорода определяются характером его химических связей и типом гибридизации, влияющей на форму молекулы.

Тип гибридизации кислорода	Электронная конфигурация	Число гибридных орбиталей	Валентный угол
sp3	1s2(2sp3)6	4	108,5°
sp2	1s2(2sp2)52p1	3	120°

За счет двух одноэлектронных АО кислород способен к образованию двух ковалентных связей с другими атомами по обменному механизму. В этом случае кислород проявляет валентность 2 и имеет две неподеленные электронные пары. Такой атом кислорода может выступать донором пары электронов, образуя третью связь по донорно-акцепторному механизму. При этом кислород приобретает валентность 3 и заряд +1, например, в ионе гидроксония H₃O⁺ или алкилгидроксония RH₂O⁺:

Положительно заряженный атом кислорода может участвовать в образовании ионной связи с анионами. Например, в хлориде метилгидроксония:

Атом кислорода с тремя неподеленными электронными парами имеет отрицательный заряд и способен к образованию ионной связи с катионами металлов: RO^–Na⁺, RCOO^–K⁺.
Таким образом, в химических связях кислорода с другими атомами возможно различное распределение электронных пар и возникновение заряженных частиц.

Химические связи кислорода с водородом и углеродом

Электроотрицательности кислорода, водорода, углерода, соответственно, равны 3.5, 2.1 и 2.5. Поэтому связи O–H и C–O являются ковалентными полярными. В этих связях электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому кислорода, создавая на нем частичный отрицательный заряд, а на углероде или водороде – частичный положительный.

Распределение электронной плотности на атомах молекулы определяет реакционную способность вещества.

• Полярность связей кислорода с водородом и углеродом способствует гетеролитическому их разрыву и протеканию реакций по ионному механизму (часть I. Ионные реакции).
• Легкость гетеролитического разрыва связи зависит не только от ее полярности, но и от устойчивости ионов, образующихся при этом на промежуточных стадиях реакции. Для более стабильных (легче образуемых) ионов характерна наибольшая делокализация заряда (часть I. Роль промежуточных частиц).
• Молекулы, содержащие связи О–Н, образуют водородные связи, которые влияют на физические свойства вещества (часть I, Водородные связи).