Xêsi tạo nhiều hợp chất hai cấu tử với ôxy hơn các kim loại kiềm khác. Khi cháy trong không khí, [[superoxit]] {{chem|CsO|2}} là sản phẩm chính.<ref name=cotton >{{chú thích sách|last = Cotton|first = F. Albert |author2=Wilkinson, G.|title =Advanced Inorganic Chemistry|date =1962 |publisher = John Wiley & Sons, Inc.|page = 318|isbn = 0-471-84997-9}}</ref> [[Xêsi ôxit]] ({{chem|Cs|2|O}}) "bình thường" tạo các tinh thể [[hệ tinh thể sáu phương|hệ sáu phương]] có màu vàng cam,<ref name="CRC">{{RubberBible87th|pages=451, 514}}</ref> và chỉ có ôxit loại anti-[[cadmi clorua|{{chem|CdCl|2}}]].<ref name="ReferenceA">{{cite journal|doi = 10.1021/j150537a022|date = 1956|last1 = Tsai|first1 = Khi-Ruey|last2 = Harris|first2 = P. M.|last3 = Lassettre|first3 = E. N.|journal = Journal of Physical Chemistry|volume = 60|pages = 338–344|title = The Crystal Structure of Cesium Monoxide|issue = 3}}</ref> Nó hóa hơi ở {{convert|250|°C}}, và phân hủy thành kim loại xêsi và [[perôxit]] {{chem|Cs|2|O|2}} ở nhiệt độ trên {{convert|400|°C}}.<ref name="autogenerated2">{{chú thích web|url=http://www.osti.gov/scitech/servlets/purlbiblio/770945 |format=PDF|title=Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information |publisher=Office of Scientific and Technical Information — U.S. Department of Energy|date = ngày 23 tháng 11 năm 2009 |accessdate = ngày 15 tháng 2 năm 2010}}</ref> Ngoài các superoxit và [[ozonua]] {{chem|CsO|3}},<ref>{{cite journal|doi =10.1007/BF00845494|title =Synthesis of cesium ozonide through cesium superoxide|date =1963|last1 =Vol'nov|first1 =I. I.|last2 =Matveev|first2 =V. V.|journal =Bulletin of the Academy of Sciences, USSR Division of Chemical Science|volume =12|pages =1040–1043|issue =6}}</ref><ref>{{cite journal|doi =10.1070/RC1971v040n02ABEH001903|title =Alkali and Alkaline Earth Metal Ozonides|date =1971|last1 =Tokareva|first1 =S. A.|journal =Russian Chemical Reviews|volume =40|pages =165–174|bibcode = 1971RuCRv..40..165T|issue =2}}</ref> nhiều [[subôxit]] có màu sáng cũng được nghiên cứu,<ref name=Simon>{{Cite journal|last = Simon|first = A.|title = Group 1 and 2 Suboxides and Subnitrides — Metals with Atomic Size Holes and Tunnels|journal = Coordination Chemistry Reviews |date = 1997|volume = 163|pages = 253–270|doi = 10.1016/S0010-8545(97)00013-1}}</ref> như {{chem|Cs|7|O}}, {{chem|Cs|4|O}}, {{chem|Cs|11|O|3}}, {{chem|Cs|3|O}} (lục sẫm<ref>{{cite journal|doi =10.1021/j150537a023|date =1956|last1 =Tsai|first1 =Khi-Ruey|last2 =Harris|first2 =P. M.|last3 =Lassettre|first3 =E. N.|journal =Journal of Physical Chemistry|volume =60|pages =345–347|title=The Crystal Structure of Tricesium Monoxide|issue =3}}</ref>), CsO, {{chem|Cs|3|O|2}},<ref>{{cite journal|doi =10.1007/s11669-009-9636-5|title =Cs-O (Cesium-Oxygen)|date =2009|last1 =Okamoto|first1 =H.|journal =Journal of Phase Equilibria and Diffusion|volume =31|page =86}}</ref> hay {{chem|Cs|7|O|2}}.<ref>{{cite journal|doi = 10.1021/jp036432o|title = Characterization of Oxides of Cesium|date = 2004|last1 = Band|first1 = A.|last2 = Albu-Yaron|first2 = A.|last3 = Livneh|first3 = T.|last4 = Cohen|first4 = H.|last5 = Feldman|first5 = Y.|last6 = Shimon|first6 = L.|last7 = Popovitz-Biro|first7 = R.|last8 = Lyahovitskaya|first8 = V.|last9 = Tenne|first9 = R.|journal = The Journal of Physical Chemistry B|volume = 108|pages = 12360–12367|issue = 33}}</ref><ref>{{cite journal|doi =10.1002/zaac.19472550110|title =Untersuchungen ber das System Csium-Sauerstoff|date =1947|last1 =Brauer|first1 =G.|journal =Zeitschrift fr anorganische Chemie|volume =255|page =101}}</ref> Chất {{chem|Cs|7|O|2}} có thể được nung trong chân không để tạo ra {{chem|Cs|2|O}}.<ref name="ReferenceA" /> Hợp chất hai cấu tử với [[lưu huỳnh]], [[selen]], và [[telluri]] cũng tồn tại.<ref name=USGS />
