許多化學工藝過程利用空氣中的氧作氧化劑與燃料或其他物質進行化學反應，但也可采用純氧，其優點是反應快，反應氣體的處理量大，尾氣排放量小，回收率提高，環境污染減少。 化肥工業中，氨合成氣可以采用燃料（煤、重油、天然氣等）與氧和水蒸氣在轉化爐中生產。合成氣為氫和一氧化碳的混合氣，其中的一氧化碳經變換后可生成更多的氫和二氧化碳。除去二氧化碳后的氫可用于制造氨、脂肪加氫和石油氫化裂解等化學反應。以氫和一氧化碳為主的合成氣經凈化后也可直接用于合成甲醇。

氧和天然氣經部分氧化可轉化為乙炔、乙烯或丙烯。乙烯也能被部分氧化為環氧乙烷。

在硫酸和硝酸生產過程中用氧可以強化生產、降低總能耗和減少投資。

將四氯化鈦在高溫氧氣中燃燒可以制取二氧化鈦（鈦白粉），后者是顏料工業的主要原料。仔細控制燃燒過程的加氧量，可提高二氧化鈦的產量和質量。 氧氣漂白是造紙工業上一種無公害的紙漿制造工藝，它消除了用氯氣漂白產生的大量污水，使有關化學品的耗量下降，提高了紙的白度穩定性。 以石油烴為原料，經分子篩脫蠟，在親石油的微生物作用下，加氧發酵石油烴可以合成人造蛋白。