בגלל הטמפרטורה הנמוכה ביותר שלו, חמצן נוזלי הופך חומרים שבאים איתו במגע לשבירים מאוד. חמצן נוזלי הוא מחמצן חזק. חומר אורגני יישרף במהירות ובעוצמה בחמצן נוזלי. יתר על כן, חומרים מסוימים (כגון לבניות פחם ופיח) עלולים להתפוצץ באופן בלתי צפוי עם הצתה על ידי מקור כגון להבה, ניצוץ, או אפילו פגיעה קלה כאשר הם שקועים בחמצן נוזלי. מוצרים פטרוכימיים, כולל אספלט, מציגים לעתים קרובות תכונה זו. לחנקן נוזלי יש נקודת רתיחה נמוכה יותר מחמצן נוזלי, ומכלים המכילים חנקן נוזלי יעבו חמצן מהאוויר: לאחר שרוב החנקן מתאדה מהמיכל, החמצן הנוזלי שנותר עלול להגיב בעוצמה עם חומר אורגני. לעומת זאת, הנחת חנקן נוזלי או אוויר נוזלי באוויר מעשירה אותו בחמצן; חמצן אטמוספרי מתמוסס בו, בעוד חנקן מתנדף באופן מועדף.
בגלל הטמפרטורה הנמוכה ביותר שלו, כימיקלים הבאים במגע עם חמצן נוזלי הופכים שבירים יותר. חמצן נוזלי הוא מחמצן חזק: תרכובות אורגניות יישרפו בעוצמה בחמצן נוזלי. כימיקלים מסוימים, כגון אספלט, נוטים להתפוצץ אם הם נחשפים לחמצן נוזלי למשך תקופות ממושכות.
לחמצן נוזלי יש יישומים גם בתחום הרפואי. לדוגמה, כאשר מישהו סובל מהרעלת פחמן חד חמצני וזקוק בדחיפות לכמות גדולה של חמצן, ניתן להשתמש בגלילי חמצן נוזלי כדי להעביר אותו. מכיוון שחמצן נוזלי נמצא במצב נוזלי, הוא תופס הרבה פחות מקום בהשוואה לאותה מסה של חמצן גזי. באופן דומה, נשיאת בלוני חמצן נוזלי גם מתאימה יותר לחקר- עמוק בים.
