Tuhý kyslík se vyskytuje v šesti různých krystalografický modifikacích, které vykazují různé vlastnosti. S rostoucím tlakem se roste jejich vodivost od izolantu po kovový vodič, což zároveň způsobuje i změnu barvy. Nejtajemnější byla doposud tzv. epsilon modifikace, jejíž struktura byla odhalena teprve nedávno. Pomocí rentgenové difrakce bylo zjištěno, že krystaluje v soustavě klencové, kde jednu krystalografickou buňku tvoří čtyři molekuly O2.