液氧具有广泛的工业和医学用途。工业上制造液氧的方法是对液态空气进行 分馏。液氧的总 膨胀比高达860:1，因为这个优点它在现代被广泛应用于工业生产和军事方面。
在航天工业中，它是一种重要的氧化剂，通常与液氢或煤油（二者作为还原剂）搭配使用。一些较早期的弹道导弹采用液氧作为氧化剂，如V2和R-7。在作为推进剂时，液氧能为发动机提供很高的比冲。另外，相对于另一种常见的推进剂组合 四氧化二氮- 偏二甲肼，它的几种搭配形式清洁环保（肼类物质有剧毒）。
早期的弹道导弹也曾采用液氧，但这种配置很快被放弃了，因为液氧难于贮存，在发射前注入导弹燃料箱。这导致导弹的 反应速度降低，并容易被敌方发现。美国采用了固体火箭发动机来代替使用其液体发动机，而苏联则在其液体导弹中使用了有毒但可贮存的肼类燃料。但由于液氧及其搭配推进剂的清洁效率高，运载火箭仍然大量使用它来作为氧化剂，包括航天飞机的主发动机和阿丽亚娜5号的主发动机。
液态氧也可以用于医疗，例如当人煤气中毒，急需大量氧气时，便要用液氧的钢瓶给人输氧，由于是液态的，比相同质量的气态氧气所占的空间小得多。同理，做深海考察时，佩戴液氧钢瓶更适合。
