Konfiguracija elektronske ljuske kisika je 1s²2s²2p⁴, a njegova relativna molekularna masa je 31,9988. Pri standardnoj temperaturi i atmosferskom tlaku kisik je plin bez boje, proziran, mirisa i okusa; nešto je teži od zraka. Pri temperaturi od 0 stupnjeva i tlaku od 101,325 Pa, masa 1 m³ kisika je 1,43 kg. Pri temperaturi od 20 stupnjeva i gore navedenom tlaku masa 1 m³ kisika je 1,33 kg.
Kada se ohladi na -183 stupnja pri atmosferskom tlaku, kisik se pretvara u prozirnu, vrlo fluidnu tekućinu nebeskoplave nijanse. Nakon isparavanja, 1 kg tekućeg kisika daje 0,75 m³ plinovitog kisika, mjereno pod uvjetima od 20 stupnjeva i 101,325 Pa. Ako se tekući kisik dodatno ohladi na -218 stupnjeva, formira plave kristalne krutine.
Ako je podvrgnut dugotrajnom, slabom električnom pražnjenju, tekući kisik djelomično se pretvara u novu kemijsku tvar-tekući ozon-tamno-plavu, vrlo eksplozivnu tekućinu; ovaj proces transformacije zahtijeva unos energije od 7,98 kJ/mol. Slično kao i dušik, plinoviti kisik je topiv u vodi. Kisik također pokazuje magnetska svojstva; to je paramagnetski plin, što znači da njegove sastavne čestice mogu steći magnetizam kada su izložene magnetskom polju i posljedično ih privlače magneti. Među uobičajenim plinovima, kisik ima najveću volumensku magnetsku osjetljivost.
