Charakterystyczną cechą nadtlenków jest wiązanie pomiędzy atomami tlenu (mostek tlenowy) −O−O−, które łatwo ulega rozerwaniu, przez co nadtlenki mają bardzo silne właściwości utleniające i generują wolne rodniki. Ogrzewanie nadtlenku prowadzi do wydzielania tlenu atomowego [O] lub rodników nadtlenkowych.
2Na2O2 → 2Na2O + O2
Wszystkie nadtlenki jonowe pod działaniem kwasu wydzielają nadtlenek wodoru:
K2O2 + 2HCl → H2O2 + 2KCl
Zastosowania
Nadtlenek baru BaO2 znajduje zastosowanie w pirotechnice, wcześniej był wykorzystywany również do produkcji nadtlenku wodoru: