La structure cristalline de ces minéraux est généralement fondée sur un empilement dense d'anions oxygène ou hydroxyles, les cations métalliques venant occuper les sites interstitiels tétraédriques ou octaédriques de cet empilement. Cette architecture confère à l'ensemble de la classe une dureté relativement élevée par rapport aux sulfures ou aux halogénures, une densité souvent importante en raison de la présence de métaux lourds, et un éclat qui varie de métallique à adamantin ou terreux selon le degré d'hydratation et la nature du cation.

La distinction entre oxydes et hydroxydes repose sur des liaisons hydrogène qui modifient la symétrie, le clivage, la dureté et la stabilité thermique; les hydroxydes perdent leur eau de constitution à des températures modérées, se transformant en oxydes anhydres, réaction inverse de l'hydratation qui se produit à la surface terrestre où l'eau, l'oxygène et le gaz carbonique de l'atmosphère décomposent lentement les minéraux primaires en une pellicule d'oxydes et d'hydroxydes qui recouvre les continents et conditionne la fertilité des sols, la couleur des paysages et la géochimie des océans.

Les oxydes de fer, hématite et magnétite, fournissent l'essentiel du minerai de fer mondial, base de la sidérurgie et de toute l'infrastructure métallique de la civilisation industrielle. Les oxydes d'aluminium, à travers la bauxite et ses constituants gibbsite, boehmite et diaspore, alimentent l'industrie de l'aluminium, deuxième métal le plus utilisé après l'acier. Les oxydes de titane, ilménite et rutile, approvisionnent l'industrie des pigments, des peintures, des plastiques et du papier, ainsi que la métallurgie aérospatiale du titane. Les oxydes d'étain, de chrome, de manganèse, d'uranium, de niobium et de tantale sont chacun indispensables à des secteurs allant de l'électronique grand public aux réacteurs nucléaires en passant par les aciers inoxydables et les batteries. 

Sur le plan scientifique, ces minéraux servent de géothermomètres et de géobaromètres : les compositions des spinelles chromifères dans les péridotites renseignent sur les conditions de fusion du manteau, la magnétite et l'hématite enregistrent l'évolution de l'oxygénation des magmas et des fluides hydrothermaux, tandis que les oxyhydroxydes de fer des sols anciens, ou paléosols, témoignent des climats et des atmosphères du passé géologique. Leur présence dans les sédiments de Mars, détectée par les spectromètres des sondes spatiales, constitue l'un des indices les plus solides de l'existence passée d'eau liquide à la surface de la planète rouge, la goethite et l'hématite martiennes ayant été identifiées par les rovers Opportunity et Curiosity. 

Les oxydes.
Parmi les oxydes simples, le groupe des spinelles occupe une place prépondérante. La magnétite, oxyde de fer ferreux et ferrique de formule Fe3O4, cristallise dans le système cubique et se présente en octaèdres noirs à fort magnétisme naturel, propriété qui en fit le premier aimant connu et qui la rend aujourd'hui essentielle dans l'industrie sidérurgique comme minerai de fer de haute teneur. La chromite, FeCr2O4, membre chromifère du même groupe, constitue le seul minerai de chrome économiquement exploitable; elle se forme dans les roches ultramafiques où elle se concentre en amas podiformes ou en couches stratiformes. L'hercynite, spinelle ferreux-alumineux, et la galaxite, spinelle manganésifère, complètent cette famille dont les membres présentent des solutions solides étendues.

Le corindon, oxyde d'aluminium Al2O3, représente le minéral le plus dur après le diamant, avec une dureté de 9 sur l'échelle de Mohs. Sa variété rouge, le rubis, doit sa couleur à des traces de chrome, tandis que le saphir, bleu, est coloré par le fer et le titane; ces gemmes figurent parmi les pierres précieuses les plus recherchées. L'hématite, oxyde ferrique Fe2O3, cristallise dans le système rhomboédrique et se présente sous des formes très variées : cristaux tabulaires gris acier à éclat métallique, masses botryoïdales rouges connues sous le nom de rein d'hématite, ou encore rognons concrétionnés. Elle constitue le principal minerai de fer de la planète et sa poussière rouge a été utilisée comme pigment depuis les peintures rupestres du Paléolithique jusqu'aux ocres industrielles contemporaines. L'ilménite, oxyde de fer et de titane FeTiO3, forme des cristaux tabulaires noirs dans les roches magmatiques basiques et les sables de plage où elle s'accumule par concentration mécanique; elle représente la source majeure de titane métal et de dioxyde de titane, pigment blanc universellement employé.

Les oxydes de manganèse forment un groupe complexe et souvent mal cristallisé, désigné collectivement sous le terme de psilomélane ou de wad lorsqu'il se présente en masses botryoïdales noires et terreuses. La pyrolusite, dioxyde de manganèse MnO2, cristallise en aiguilles prismatiques noires à éclat submétallique et constitue le minerai de manganèse le plus important, indispensable à la fabrication des aciers spéciaux et des piles sèches. La hausmannite, Mn3O4, la manganite, MnO(OH), et la braunite, Mn²⁺Mn³⁺6SiO12, sont d'autres membres de ce groupe que l'on rencontre dans les gisements sédimentaires et les zones d'oxydation. La columbite-tantalite ( = coltan) regroupe des oxydes complexes de niobium et de tantale avec le fer et le manganèse, de formule générale (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6; ces minéraux noirs orthorhombiques, exploités dans les pegmatites et les placers, alimentent l'industrie électronique pour la fabrication des condensateurs et des alliages réfractaires.

La cassitérite, dioxyde d'étain SnO2, cristallise dans le système tétragonal en prismes courts brun noirâtre à éclat adamantin; elle est l'unique minerai d'étain et provient essentiellement des granites et de leurs pegmatites ainsi que des placers alluvionnaires qui en dérivent. Le rutile, TiO2, l'anatase et la brookite sont trois polymorphes du dioxyde de titane ; le rutile, en aiguilles rouge brunâtre parfois maclées en genou, se rencontre dans les roches métamorphiques de haute pression et les pegmatites, et sert à la fabrication du titane et des électrodes de soudure. La baddeleyite, ZrO2, minéral rare des roches carbonatitiques, constitue une source de zirconium et de hafnium, tandis que l'uraninite ou pechblende, UO2, forme des masses noires botryoïdales dans les veines hydrothermales et les gisements de grès; elle est le principal minerai d'uranium et fut au coeur des découvertes de la radioactivité par Becquerel et les Curie. La thorianite, ThO2, isostructurale de l'uraninite, contient du thorium et se rencontre dans les placers de gemmes de Sri Lanka et de Madagascar. 

Parmi les oxydes contenant de l'eau ou des cations de grande taille, on distingue le groupe des oxydes hydratés qui constituent la transition vers les hydroxydes proprement dits. L'opale, silice hydratée amorphe SiO2.nH2O, ne possède pas de structure cristalline ordonnée mais présente un arrangement régulier de sphères submicroscopiques qui provoque des jeux de couleurs spectaculaires dans les variétés précieuses; elle se forme par dépôt de solutions siliceuses dans les roches volcaniques, les sources chaudes et les sédiments. La goethite, oxyhydroxyde de fer α-FeO(OH), est le constituant principal de la limonite, ce matériau brun jaunâtre omniprésent dans les sols, les chapeaux de fer des gisements sulfurés et les concrétions des marais; elle cristallise en aiguilles microscopiques orthorhombiques et constitue une source de fer secondaire ainsi que le pigment des ocres jaunes. La lépidocrocite, polymorphe γ-FeO(OH), forme des cristaux tabulaires rouge rubis dans les sols hydromorphes et les produits de corrosion du fer. L'akaganéite, β-FeO(OH), contient du chlore et se forme préférentiellement en milieu marin ou dans les atmosphères salines. La ferrihydrite, oxyhydroxyde de fer mal cristallisé de formule approximative Fe5HO8.4H2O, est un constituant majeur des sols jeunes, des sédiments et des précipités bactériens; elle joue un rôle fondamental dans le cycle biogéochimique du fer et dans la fixation des polluants.

Les hydroxydes.
Les hydroxydes vrais, dans lesquels le groupement OH est seul présent comme anion, sont représentés avant tout par la brucite, Mg(OH)2, et la gibbsite, Al(OH)3, auxquelles s'ajoutent les polymorphes de l'hydroxyde d'aluminium que sont la bayerite, la nordstrandite et la doyleite. 

La brucite cristallise en lamelles hexagonales blanches ou verdâtres, à clivage parfait basal, dans les marbres de métamorphisme de contact et les serpentinites; elle sert de source de magnésie réfractaire et de retardateur de flamme. La gibbsite, également lamellaire mais monoclinique, est le constituant essentiel de la bauxite, cette roche latéritique qui alimente l'industrie mondiale de l'aluminium; elle se forme par altération poussée des silicates d'alumine sous climat tropical humide, où la silice est lessivée et l'alumine s'accumule sous forme d'hydroxyde. 

La diaspore, α-AlO(OH), et la boehmite, γ-AlO(OH), sont des oxyhydroxydes d'aluminium qui accompagnent la gibbsite dans les bauxites et les argiles réfractaires; la diaspore, plus dense et plus dure, se rencontre aussi dans les marbres métamorphiques et les émeris. 

La manganite, déjà mentionnée, est un oxyhydroxyde de manganèse qui forme des cristaux prismatiques noirs dans les gisements hydrothermaux de basse température et les sédiments manganésifères. La romanechite, anciennement appelée psilomélane, est un oxyhydroxyde de baryum et de manganèse hydraté qui constitue l'essentiel des masses botryoïdales noires des gisements de manganèse superficiels, souvent associée à la pyrolusite et à la cryptomélane, autre oxyde de manganèse potassique.

Classification des oxydes et des hydroxydes.
Voici une classification simplifiée des oxydes et des hydroxydes basée sur la classification de Nickel-Strunz appliquée aux oxydes et hydroxydes. les sous-classes sont principalement définies par le rapport stoechiométrique Métal:Oxygène ou par la nature spécifique du groupe anionique.
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