氧在巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈以及各種地質系統之間遷移演化的地球化學過程，對物質全球迴圈有重要作用。
氧是地球物質能量系統中最重要的元素，是構成地球主體的地幔、地殼和水圈中豐度最高的元素，也是固體地球最重要的造巖陰離子。氧具有高度的化學活性，形成大量穩定的礦物和H2O、O22和CO2等揮發性化合物，是多種內生和表生自然化學反應的活化劑和反應進程的制動劑。氧在生物地球化學循環中也有極重要作用。
巖石圈可以看成是由氧離子緊密堆積的晶體格架構成的，地殼氧元素重量豐度為47.2%，原子豐度為53.3%。包括各種氧化物和含氧鹽類在內的含氧礦物占已知礦物總數的2/3。以矽酸鹽為主要成分的巖石圈是地球氧的最大的地球化學儲積庫，向地球深部氧的含量降低。
地球表面是富氧層，當巖石暴露在地表富氧的條件下，礦物因水解和氧化作用而被風化。在風化過程中，矽酸鹽中的氧通過水解、氧化和碳酸巖化等作用形成H2O、OH –、CO2形式被釋放，轉入土壤、地表水或大氣，其中一部分氧經過生物的呼吸及光合作用變成氧分子進入大氣圈。地球的富氧大氣圈是後生成因的，是地球生命活動，即植物光合作用的產物。在地表缺氧的還原條件下，氧化礦物發生還原作用，也能使一部分結合狀態的氧被釋放並轉入活動相。
水、分子氧和二氧化碳是地表各地質圈中氧的主要化學形態，構成海洋、大氣和生物三大地球化學活動庫。海洋含水量為7×1022摩爾，是氧的最大活動庫；大氣中氧分子總量為1.5×1020摩爾；其次是地表淡水、地下水、大氣二氧化碳和生物體中的氧，隻占相對不大的總量。氧在各地球化學庫之間自然的遷移和轉化大體上是平衡的。
人類活動對氧循環有明顯的影響，人類的生產和生活活動正在大量地減少空氣中氧的數量，主要有三方面作用：①燃燒化石燃料消耗大氣中的氧；②農業耕作和排水加速土壤和土壤有機物的氧化；③砍伐森林、城市建築和修路占地等，大量毀壞植被減少瞭全球光合作用總量。人類活動在一定程度上破壞瞭地球氧自然循環的平衡。