Reakcjom chemicznym z udziałem tlenu singletowego towarzyszy często emisja światła widzialnego (chemiluminescencja), np. niebieskiego podczas utleniania luminolu. thumb|center|700px|Diagramy energetyczne orbitali molekularnych dla trzech konfiguracji elektronowych tlenu cząsteczkowego. Od lewej: trypletowy stan podstawowy ; tlen singletowy w stanie wzbudzonym ; tlen singletowy w stanie wzbudzonym . Stany te różnią się jedynie spinem elektronów i obsadzeniem dwóch zdegenerowanych orbitali antywiążących π*. Różnica energii stanów i wynosi 94,3 kJ/mol, a 158 kJ/mol dla i .
Otrzymywanie thumb|Emisja czerwonego światła przez tlen singletowy powstający w reakcji Forma singletowa tlenu powstaje podczas naświetlania światłem UV tlenu w stanie podstawowym w obecności barwnika uczulającego, a także w wyniku niektórych reakcji chemicznych, np. z NaClO:
Czas życia tej formy tlenu wynosi w stanie gazowym do kilkudziesięciu minut.
Reakcje thumb|Askaridol, produkt addycji tlenu singletowego do α-terpinenu Wysoka reaktywność tlenu singletowego