Թթվածինը անգույն, անհոտ, անհամ գազ է։ Գազի հարաբերական խտությունը (օդ=1) 21,1°C և 101,3 կՊա ջերմաստիճանում 1,105 է, իսկ հեղուկի խտությունը եռման կետում՝ 1141 կգ/մ3։ Թթվածինը թունավոր չէ, սակայն բարձր կոնցենտրացիաների ազդեցությունը կարող է բացասաբար ազդել թոքերի և կենտրոնական նյարդային համակարգի վրա: Թթվածինը կարող է փոխադրվել 13790 կՊա ճնշման տակ որպես ոչ հեղուկ գազ կամ որպես կրիոգեն հեղուկ։ Քիմիական արդյունաբերության շատ օքսիդացման ռեակցիաներ օդի փոխարեն օգտագործում են մաքուր թթվածին, որպեսզի օգտվեն ավելի բարձր ռեակցիայի արագությունից, արտադրանքի ավելի հեշտ տարանջատումից, բարձր թողունակությունից կամ սարքավորումների փոքր չափերից: