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  在地球中,有百分之九十九點五儲存於最大的氧儲存器即地幔及地殼中的矽酸鹽和氧化礦物質。而只有非常小量氧,約百分之零點零一會以自由模式被釋放至生物圈及百分之零點四九被釋放至大氣層。  然而,在生物圈及大氣層中,最主要的氧氣來源為光合作用,即透過分解二氧化碳及水以產生葡萄糖和氧氣。  超光合作用的生物包括在地表的植物及海洋表面的浮游植物。在1986年,在海上發現了微小的藍綠菌,而這便能解釋為何有超過一半的光合作用發生于海洋中。 另一個大氣中氧氣的來源來自光解,大氣中的水分和氮化物被紫外光分解為其組成原子。氫和氮會離去逃到太空,而氧氣則留在大氣層: 氧氣的流失主要是由動物與細菌的呼吸作用及腐爛時消耗氧氣而釋出二氧化碳。  因岩石中的礦物質被氧氣氧化,化學風化過程中,岩石也消耗氧氣。表面風化的例子有鐵鏽的氧化物:  氧氣也在生物圈和岩石圈中迴圈。生物圈中的海洋生物產生含大量氧的碳酸鈣(CaCO)。當生物死亡及它的殼會存留於淺水層,埋葬多時後便會於岩石圈產生石灰岩。而生物會開始破壞岩石令氧氣由岩石圈被釋放。植物和動物會從岩石吸收營養礦物並釋放氧氣。

  以下的表格會列出氧氣停留於氧氣的儲存器容量和留失時間的估計值。這些資料由 Walker, J. C. G. 初次估計得出。

  大氣中氧氣的存在引致臭氧的形成和平流層中的臭氧層。臭氧可吸收有害的紫外光線,對現代生活非常重要。

  在海洋中的磷會用於調整大氣層中的氧含量。磷溶於海水後,會成為自營生物,即以光合作用為生的必需養料,而且這亦會成為一個控制光合作用速度的條件之一。海洋中發生的光合作用會產生氧迴圈中大約45%的氧氣。而自營生物的生長速度是會受水的含磷量所控制的。  採礦及工業活動會產生大量含磷廢水。當這些廢水被排入海中,海水的含磷量便會大幅提升,造成優養化。但海水的含磷量上升是不會影響發生於海中的光合作用。這是因為海中自營生物的數量上升時,海水的含氧量也會上升,而高含氧量促進某幾種細菌成長並爭奪已溶化的磷。這競爭限制了自營生物可用的已溶磷,所以自營生物的數量和氧水平也受到限制。
氧迴圈是其中一種生態系統的物質迴圈,而此迴圈主要是用於形容氧在三個主要貯存器,即大氣層、生物圈和岩石圈。而整個迴圈則靠著光合作用去驅使,植物以光合作用把二氧化碳和水組合,形成葡萄糖和副產品氧氣。在大氣層中,即使所有的光合作用皆停止,大量的氧氣仍然需要五千 至二萬五千年的時間以移除全部的氧氣。