जीवावरणातील ऑक्सिजनाचे अभिसरण व त्याचा पुनरोपयोग म्हणजे ऑक्सिजन चक्र होय. या चक्रात जैव व अजैव असे दोन्ही घटक समाविष्ट असतात. वातावरणात ऑक्सिजनाची सातत्याने निर्मिती होत असते. तसेच त्याचा सातत्याने वापरही होत असतो. ऑक्सिजन अतिशय क्रियाशील असून इतर अनेक मूलद्रव्यांशी व संयुगांशी त्याचा संयोग होतो. रेणवीय ऑक्सिजन (O2), पाणी (H2O), कार्बन डायऑक्साइड (CO2) व असेंद्रिय संयुगे अशा स्वरूपात ऑक्सिजन असल्याने जीवावरणातील ऑक्सिजन चक्र गुंतागुंतीचे असते. वातावरणातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण सु. २१ % आहे.
स्थलवासी व जलवासी वनस्पतींकडून होणार्‍या प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेतून, तसेच ज्वालामुखी उद्रेकातून वातावरणाला ऑक्सिजनाचा पुरवठा होतो. तसेच अतिनील किरणांमुळे घडणार्‍या वातावरणातील प्रकाशीय अपघटन क्रियेमुळे ऑक्सिजन तयार होतो. सजीवांच्या श्वसनक्रिया, सेंद्रिय पदार्थांचे अपघटन, खनिजांचे ऑक्सिडीभवन, जीवाश्म इंधनांचे ज्वलन इत्यादींसाठी वातावरणातील ऑक्सिजन वापरला जातो. अशा प्रकारे पृथ्वीवर ऑक्सिजन चक्र सातत्याने चालू असते.
हिरव्या वनस्पती प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेत कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे शोषण करून ऑक्सिजन मुक्त करतात. वातावरणात बहुतांश ऑक्सिजन या प्रक्रियेतूनच निर्माण होतो. वातावरणात संचित झालेल्या ऑक्सिजनाचा वापर वनस्पती व प्राण्यांकडून श्वसनासाठी, तसेच जीवाश्म इंधनांच्या ज्वलन प्रक्रियेसाठी होत राहून, त्यातून एक अपशिष्ट म्हणून कार्बन डायऑक्साइड वायू बाहेर पडतो. या कार्बन डायऑक्साइडाचे पुन्हा वनस्पतींकडून शोषण झाल्यानंतर प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेतून ऑक्सिजन बाहेर सोडला जातो व तो वातावरणात संचित होतो. या चक्रामुळे वातावरणातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण कायम राखले जाते.
बहुसंख्य सूक्ष्मजीव श्वसनासाठी ऑक्सिजनाचा वापर करतात. अशा सूक्ष्मजीवांना ऑक्सिजीव म्हणतात. ज्या सूक्ष्मजीवांना ऑक्सिजनाची आवश्यकता नसते, त्यांना विनॉक्सिजीव म्हणतात. श्वसन प्रक्रियेत हवेतील ऑक्सिजनाच्या साहाय्याने कार्बोहायड्रेटाचे ऑक्सिडीभवन होऊन उर्जा मुक्त होते. त्याचबरोबर कार्बन डायऑक्साइड हा वायू उप-उत्पादन म्हणून बाहेर पडतो. कर्बोदके, प्रथिने व मेद यांच्या निर्मितीसाठी ऑक्सिजन महत्त्वाचा असतो. विविध रासायनिक विक्रियांमध्येही ऑक्सिजनाचा वापर केला जातो. ओझोनाची (O3) निर्मिती वातावरणीय क्रियाप्रक्रियांद्वारे ऑक्सिजनापासूनच होत असते.
औद्योगिक क्रांतीनंतर ऑक्सिजनाचा वापर सतत वाढत आहे. निसर्गत:च वनस्पतींमुळे वातावरणातील ऑक्सिजनाची पातळी कायम राखली जात असते; तथापि पृथ्वीवरील वनस्पतींच्या आच्छादनात घट होत आहे, तर औद्योगिक विस्तार अधिक होत आहे. त्यामुळे ऑक्सिजनाची पुन:निर्मिती व त्याच्या वापराचे प्रमाण यांत असंतुलन होत आहे. वातावरणातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण कमी होणे हे मानवाच्या व एकूणच सजीवांच्या दृष्टीने एक गंभीर समस्या आहे.
