20世纪20年代,就有人预言可能存在由4个氧原子组成的氧分子(O4)，但一直没有得到证实。在大气中含量极少，O4的能量密度比普通氧分子高。

据Nature杂志电子版报导，意大利一所大学的科学家在2001年11月，使用普通氧分子和带正电的氧离子制造出了这种新型氧分子,并用质谱仪探测到了它的存在。

这种氧分子可以稳定存在，其空间结构和物理性质都还不很清楚，国际上还没有见到O4分子成功的理论计算结果。它的结构很复杂，O4分子内存在极性共价键，可能具有与S4相似的长方形结构。预计构型为正四面提或者矩形，基于密度泛函理论的“自由团簇计算法”计算了实验上发现的新型氧分子O4的电子结构。计算了2种可能的空间结构：正方形和正四面体，分别得到了这2种结构的中性分子O4，正一价分子O4(上标+)和负一价分子O4ˉ的基态电子结构，并根据能量最低原则确定了各自的结构参数，从而得到了O4分子2种结构的基态总能量、一价电离能及电子亲合势能。与氧原子、普通氧分子O2和臭氧分子O3的计算结果比较，显示O4分子可以以正方形结构或正四面体结构形式存在，其正方形结构更有可能是在O4分子的真实空间结构。

O4液化后的能量密度高于普通液态氧，可用作更强力的火箭推进氧化剂。