原子氧通常是指高層大氣中以單個游離狀態的氧原子存在的氣體。在低地球軌道（通常認為是200km至700km的高度）上，原子氧是一種常見的殘餘氣體環境。與地面大氣相比，高層大氣極其稀薄，但氧氣在這種環境中主要以原子形式存在。原子氧是一種強氧化劑，當與在軌運行的飛船相遇時，由於其高速度（例如8千米/秒），單個原子氧的能量可以高達4～5電子伏。原子氧的通量可以達到10^19個/(米²·秒)，這使得太空飛行器表面材料可能會發生顯著的物理和化學反應，如材料剝蝕、表面腐蝕、挖空、材料變性和污染等。高層大氣中原子氧的比例占到70%～90%，因此其氧化能力非常活躍。
需要注意的是，原子氧也可以指氧元素的基本單位，即O原子，它由8個質子、8箇中子以及8個電子組成。在生物學上，原子氧是血紅蛋白的重要組成部分，血紅蛋白存在於高等脊椎動物和部分無脊椎動物的紅細胞中，是構成紅細胞的主要成分。然而，這個定義與航天領域中討論的原子氧的含義不同，後者專指高層大氣中的游離氧原子。