四聚氧

1924年，吉爾伯特·牛頓·路易斯首先預測了它的存在，以解釋液氧不符合居里定律的原因。路易斯的預測並不準確，但不是完全錯誤：計算機模擬表明，雖然液氧中沒有穩定的O分子，但O分子確實傾向於形成反平行自旋的雙聚體O。

1999年，科學家認為固態氧的ε相（壓強大於10GPa下存在）中氧的存在形式為O。然而2006年時，X射線晶體學表明這種被稱作 ε氧或 紅氧的穩定相實際上是O。

2001年，義大利羅馬大學的一支團隊進行了中和-再電離質譜實驗，以研究自由O4分子的結構。他們的實驗結構與上述推測的分子結構不符，但他們也認為兩個O分子之間形成配合物，其中一個氧分子處於基態而另一個處於特定的激發態。

O的預計構型為正四面體或者矩形，從兩種構型中性分子O,正一價分子O和負一價分子O的基態電子結構，並根據能量最低原則確定了各自的結構參數，從而得到了O分子2種結構的基態總能量、一價電離能及電子親合勢能。與氧原子、普通氧分子O和臭氧分子O的計算結果比較，顯示O分子可以以正方形結構或正四面體結構形式存在，其中正方形結構更有可能是O分子的真實空間結構。

理論計算表明可能以亞穩態存在的O分子有兩種不同的結構：一種是變形的正方形（類似於環丁烷的穩定構象），另一種的形狀像風車，三個氧原子排列在中心氧原子周圍，形成平面正三角形的構型（類似於三氟化硼）。

過去科學家指出風車形的O分子可以看作一系列常見離子和分子的等電子體：BO、CO、NO,甚至包括類似的SO分子。這些看法是上述理論計算的基礎。