氧（原子量：15.9994）共有18個已知同位素，質量數介於11-28之間，其中有3個是穩定的，分別是16O、17O、18O，其中以16O占天然氧的絕大部分，豐度為99.76%。在氧的放射性同位素当中，15O半衰期最长，达122.266秒；而原子核滴线外的11O半衰期最短，只有1.98秒，但目前仍未测量同处原子核滴线外的27O和28O的半衰期。
圖表
|-
|11O
| style="text-align:right;" | 8
| style="text-align:right;" | 3
| 11.05125(6)
|
[]
| 2
| 9C
| (3/2−)
|
|
|-
| rowspan=2|12O
| rowspan=2 style="text-align:right" | 8
| rowspan=2 style="text-align:right" | 4
| rowspan=2|12.034405(20)
| rowspan=2|580(30)×10−24 s
[0.40(25) MeV]
| 2 (60.0%)
| 10C
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| p (40.0%)
| 11N
|-
| rowspan=2|13O
| rowspan=2 style="text-align:right" | 8
| rowspan=2 style="text-align:right" | 5
| rowspan=2|13.024812(10)
| rowspan=2|8.58(5) ms
| β+ (89.1%)
|
| rowspan=2|(3/2−)
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| β+, p (10.9%)
| **'
|-
| 14O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 6
| 14.00859625(12)
| 70.598(18) s
| β+
| **'
| 0+
|
|
|-
| 15O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 7
| 15.0030656(5)
| 122.24(16) s
| β+
| 15N
| 1/2−
|
|
|-
| 16O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 8
| 15.994914619257(319)
| colspan="3" style="text-align:center;"|**'
| 0+
| 0.99757(16)
| 0.99738–0.99776
|-
| 17O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 9
| 16.999131755953(692)
| colspan="3" style="text-align:center;"|**'
| 5/2+
| 3.8(1)×10−4
| 3.7×10−4–4.0×10−4
|-
|
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 10
| 17.999159612136(690)
| colspan="3" style="text-align:center;"|穩定
| 0+
| 2.05(14)×10−3
| 1.88×10−3–2.22×10−3
|-
| 19O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 11
| 19.003580(3)
| 26.464(9) s
| β−
| 19F
| 5/2+
|
|
|-
| 20O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 12
| 20.0040767(12)
| 13.51(5) s
| β−
| 20F
| 0+
|
|
|-
| 21O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 13
| 21.008656(13)
| 3.42(10) s
| β−
| 21F
| (5/2+)
|
|
|-
| rowspan=2|22O
| rowspan=2 style="text-align:right" | 8
| rowspan=2 style="text-align:right" | 14
| rowspan=2|22.00997(6)
| rowspan=2|2.25(15) s
| β− (78.0%)
| 22F
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| β−, n (22.0%)
| 21F
|-
| rowspan=2|23O
| rowspan=2 style="text-align:right" | 8
| rowspan=2 style="text-align:right" | 15
| rowspan=2|23.01569(13)
| rowspan=2|82(37) ms
| β−, n (57.99%)
| 22F
| rowspan=2|1/2+
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| β− (42.0%)
| 23F
|-
| rowspan=2|24O
| rowspan=2 style="text-align:right" | 8
| rowspan=2 style="text-align:right" | 16
| rowspan=2|24.02047(25)
| rowspan=2|77.4(45) ms
| β−, n (57.99%)
| 23F
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| β− (42.01%)
| 24F
|-
| 25O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 17
|
|
| n
| 24O
| 3/2+
|
|
|-
| 26O
| style="text-align:right" | 8
| style="text-align:right" | 18
|
|
| 2n
| 24O
| 0+
|
|
|-
| 27O。
16O的豐度最大可以由恒星演化論解釋。大爆炸產生宇宙時僅形成了氫和氦元素，其他元素都是透過後來的恒星中進行的核聚變反應合成的。在恒星内，質子-質子鏈反應與碳氮氧循環首先進行，「燃燒」氫產生氦。隨着燒氫的進行，核在自身重力下收縮，中心温度上昇，當温度超過約1億K時，「燃燒」氦的3氦過程開始，由此產生12C，然後又與氦（4He）原子核反應生成16O。大部分的16O由此產生。
17O的豐度為0.037%，18O為0.204%，是微量的穩定同位素。17O主要是在恆星的碳氮氧循環中，氫燃燒產生氦時合成的对于轻于稳定同位素的氧同位素，它们最常见的衰变模式是β+衰变成氮，而较重的同位素则通过β−衰变衰变成氟。
氧-15
氧-15是氧的放射性同位素，常以的形式用于正电子断层扫描（PET）的和脑成像。它有8个质子和7个中子，原子量为15.0030654 amu，半衰期122.24秒。氧-15可以由在回旋加速器中用氘轰击氮-14而成。
氧-15和氮-13分别由γ射线把大气中的氧-16和氮-14的一个中子轰掉而成：
:16O + γ → 15O + n
:14N + γ → 13N + n
氧-15会以约两分钟的半衰期衰变成氮-15，并放出一个正电子。这个正电子迅速和一个电子湮灭，并产生两个能量约为511 keV的γ射线。这些低能量的γ射线只能在空气中移动90米。它和来自氮-13的正电子产生的γ射线一样只能在一分钟内左右检测到，因为15O和13N的“云”会随风飘散。
参考文献
- Isotope masses from [https://web.archive.org/web/20080923134436/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/index.html Ame2003 Atomic Mass Evaluation] by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from [http://www.iupac.org/publications/pac/2003/7506/7506x0683.html Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)] . Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and [http://www.iupac.org/news/archives/2005/atomic-weights_revised05.html Atomic Weights Revised (2005)] .
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
** Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. [http://amdc.in2p3.fr/web/nubase_en.html The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties] , Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
** National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the [http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ NuDat 2.1 database] (retrieved Sept. 2005).
* David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition*, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
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