一般來說，氧化鋰是借由鋰在氧氣中燃燒而產生。由于鋰離子半徑較小，極化能力比較強，因此燃燒反應主要產物是氧化鋰，只產生少量的過氧化鋰。
4Li + O2→ 2Li2O
在空氣中容易吸收水分和CO2從而變質稱為LiOH和Li2CO3。與水接觸會生成強堿性的氫氧化鋰。
Li2O + H2O → 2LiOH
氧化鋰與酸反應生成鋰鹽。高溫下，氧化鋰可以和許多金屬氧化物和固態非金屬氧化物反應，這是氫氧化鋰、碳酸鋰和氧化鋰助熔性質的基礎。
xLi2O + ySiO2→ xLi2O·ySiO2
而硅、鋁能把鋰從它的氧化物中還原出來。
2Li2O + Si → 4Li + SiO2 （高溫）