氧气分子中有单电子，所以是顺磁性分子。顺磁性是指材料对磁场响应很弱的磁性。如用磁化率k=M/H来表示（M和H分别为磁化强度和磁场强度），从这个关系来看，磁化率k是正的，即磁化强度的方向与磁场强度的相同。
顺磁性应用顺磁性有其重要的应用，从顺磁物质的顺磁性和顺磁共振可以研究其结构，特别是电子组态结构；利用顺磁物质的绝热去磁效应可以获得约1—10－3K的超低温度；顺磁微波量子放大器是早期研制和应用的一种超低噪声的微波放大器，促进了激光器的研究和发明。
在生命科学中，如血红蛋白和肌红蛋白在未同氧结合时为顺磁性，同氧结合后转变为抗磁性，这两种弱磁性的相互转变反映了生物体内的氧化还原过程，其磁性研究成为生命现象的一种方法；目前医学上从核磁共振成像技术发展到电子顺磁共振成像技术，可以显示生物体内顺磁物质（如血红蛋白和自由基等）的分布和变化，此外某些测氧仪利用了顺磁性的原理。
碱金属元素和除铁、钴、镍以外的过渡元素都具有顺磁性。
