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  已知存在六種不同相態的固氧: 已知室溫下給氧氣施加壓強時,它會凝固成叫做β相的物態。繼續加大壓強後,9GPa時,β相相變為δ相,10GPa時變為ε相。同時,隨著分子間斥力的增大,β相的顏色從粉紅到橙色,再到紅色(穩定的形式),紅色隨壓強增大而逐漸變深直至黑色。96GPa下ε相出現後繼續壓縮,將出現金屬形式的ζ相。

  隨著室溫下氧氣的壓強超過10GPa,它將出人意料地相變為另一個同素異形體。它的體積驟減,顏色也從藍變成深紅。這種ε相發現於1979年,但當時它的結構並不清楚。基於它的紅外線吸收光譜,1999年,研究人員推斷此相態是分子的晶體。但在2006年,X射線晶體學表明這個被稱作ε氧或紅氧的穩定相態實為。此結構在理論上不曾被預測:由四個分子組成的菱形的原子簇。 所有相態中,這個相態相當有趣。它顏色為深紅色,對紅外線吸收能力很強,並有磁場縮滅(magnetic collapse)。它在很大的壓強範圍內(10GPa至96GPa)穩定,已成為許多X射線衍射、光譜學和理論學者的課題。

  ε相的氧被繼續壓縮後,出現了ζ相。這種相態在1990年,給氧氣施加132GPa壓強時也出現了。已知金屬的、簇狀的ζ相在低溫下表現出超導性。
固氧、固態氧形成於正常大氣壓的54.36K(-218.79°C)以下。固態的氧氣由於吸收紅色光,像液氧一樣,是淺藍色透明物質。 氧分子因它在分子磁化(molecular magnetization)上與晶體結構、電子排布、超導電性的關係而受到關注。氧分子是能承載磁矩的唯一的簡單雙原子分子(通常情況下縱使所有分子也只有少數能夠如此)。它被認為是“受自旋控制(spin-controlled)”的晶體,並因此展現出不尋常的磁性規律。在極高壓下,固氧從熱絕緣材料變成金屬的形態;而在極低溫下,它甚至能變成超導體。對固氧的結構研究始於19世紀20年代,目前,已確定六種明確的晶體相。