Sauerstoff spielt in der Werkstofftechnik eine zentrale Rolle, da er sowohl als Legierungs- und Begleitelement als auch als Reaktionspartner auftritt. In Metallen liegt Sauerstoff typischerweise als gelöster Zwischengitterbestandteil, als Oxidphase (z. B. Al₂O₃, SiO₂, FeO_x) oder als nichtmetallische Einschlüsse vor. Der Sauerstoffgehalt beeinflusst maßgeblich Schmelzereigenschaften, Erstarrung, Mikrostruktur und letztlich die mechanischen und funktionellen Eigenschaften.

In Stählen führt gelöster Sauerstoff während der Erstarrung zur Ausbildung von Oxideinschlüssen, welche je nach Morphologie und Verteilung die Zähigkeit vermindern oder als Desoxidationsprodukte gezielt genutzt werden können. Der Begriff Restsauerstoff beschreibt den nach Desoxidations- und Raffinationsschritten verbleibenden Sauerstoffgehalt, der kritisch für Reinheitsgrad, Ermüdungsverhalten und Bruchzähigkeit ist. Moderne Analyseverfahren (Inertgas‑Fusion, Glimmentladungsspektroskopie) ermöglichen die Quantifizierung im ppm‑Bereich.

In Hochtemperaturanwendungen ist der Sauerstoffeinfluss auf Oxidations- und Korrosionsprozesse bestimmend. Die Bildung dichter, adhärenter Oxidschichten (z. B. Cr₂O₃, Al₂O₃) kann schützend wirken, während poröse, nicht schützende Oxide zu Materialabtrag führen. In Keramiken und Gläsern bestimmt Sauerstoff über Bindungszustände und Defektchemie Leitfähigkeit, Diffusion und chemische Stabilität. Insgesamt ist die präzise Einstellung und Kontrolle des Sauerstoffgehalts eine Schlüsselfrage für Entwicklung und Prozessierung moderner Hochleistungswerkstoffe.