氧4分子（O4），也被称作四聚氧。1924年，吉尔伯特·牛顿·路易斯首先预测了它的存在，以解释液氧不符合居里定律的原因。现在看来路易斯的预测并不准确，但不是完全错误：计算机模拟表明，虽然液氧中没有稳定的O4分子，O2分子确实倾向于形成反平行自旋的双聚体O4。1999年，科学家认为固态氧的ε相（压强大于10GPa下存在）中氧的存在形式为O4。然而2006年时，X射线晶体学表明这种被称作ε氧或红氧的稳定相实际上是O8。 然而，氧4作为一种存在时间很短的化学物质已经能用质谱法检测到。2001年，意大利罗马大学的一支团队进行了中和-再电离质谱实验，以研究自由O4分子的结构。他们的实验结构与上述推测的分子结构不符，但他们也认为两个O2分子之间形成配合物，其中一个氧分子处于基态而另一个处于特定的激发态。

O4的结构：

在室温和增加压强的情况下，分子光谱实验证明，氧中,含有抗磁性的O4,在液态氧和固态氧中存在的O4 更多。这和O2分子中存在单电子有关。

理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形（类似于环丁烷的稳定构象），另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形的构型（类似于三氟化硼）。过去科学家指出风车形的O4分子可以看作一系列常见离子和分子的等电子体：BO3、CO3、NO3，甚至包括类似的SO3分子。这些看法是上述理论计算的基础。

O4的结构示意图：这种氧分子可以稳定存在，预计构型为正四面体或者矩形，从两种构型中性分子O4,正一价分子O4+和负一价分子O4-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,其中正方形结构更有可能是O4分子的真实空间结构.

合成方法：

　意大利科学家使用普通氧分子与带正电的氧离子作用，制造出O4

是用普通氧分子和带正电的氧离子制造出含4个氧原子的氧分子。

O4的性质：

O4和O3,O2一样都是氧元素的同素异形体。

稳定性，O2稳定性最高，O4稳定性最差，普通条件下不存在，O3居中

氧化性O4氧化性最强，甚至可以超过F3，臭氧居中，O2氧化性最弱。

O4的详细性质，化学家们正在研究中。

根据O4的合成方法实验得知，O4的能量密度比普通O2强10万倍以上，O4极不稳定，会很快分解成4个处于激发状态的氧原子因为拥有极其强烈的氧化性，其活性和原子氟很接近。O4会和氢发生爆炸性反应，接触到有机物，有机物会迅速燃烧甚至爆炸，有关O4详细的性质，科学家正在研究中。

O4的用途：

O4的能量密度比普通氧分子高得多，将来可用作更强力的火箭推进的氧化剂；O4拥有极强的活性和氧化性，因为可以分解有毒化学成分，保护人们健康。