更新时间：2024-03-14 09:03
1924年，吉尔伯特·牛顿·路易斯首先预测了它的存在，以解释液氧不符合居里定律的原因。路易斯的预测并不准确，但不是完全错误：计算机模拟表明，虽然液氧中没有稳定的O4分子，但O2分子确实倾向于形成反平行自旋的双聚体O4。
1999年，科学家认为固态氧的ε相（压强大于10GPa下存在）中氧的存在形式为O4。然而2006年时，X射线晶体学表明这种被称作ε氧或红氧的稳定相实际上是O8。
2001年，意大利罗马大学的一支团队进行了中和-再电离质谱实验，以研究自由O4分子的结构。他们的实验结构与上述推测的分子结构不符，但他们也认为两个O2分子之间形成配合物，其中一个氧分子处于基态而另一个处于特定的激发态。
O4的预计构型为正四面体或者矩形，从两种构型中性分子O4,正一价分子O4+和负一价分子O4-的基态电子结构,并根据能量最低原则确定了各自的结构参数,从而得到了O4分子2种结构的基态总能量、一价电离能及电子亲合势能.与氧原子、普通氧分子O2和臭氧分子O3的计算结果比较,显示O4分子可以以正方形结构或正四面体结构形式存在,其中正方形结构更有可能是O4分子的真实空间结构。
理论计算表明可能以亚稳态存在的O4分子有两种不同的结构：一种是变形的正方形（类似于环丁烷的稳定构象），另一种的形状像风车，三个氧原子排列在中心氧原子周围，形成平面正三角形的构型（类似于三氟化硼）。
过去科学家指出风车形的O4分子可以看作一系列常见离子和分子的等电子体：BO33-、CO32-、NO3-,甚至包括类似的SO3分子。这些看法是上述理论计算的基础。