润滑油抗氧化变质的能力叫做润滑油的氧化安定性。润滑油安定性分抗氧化安定性和热氧化安定性两种。

一是抗氧化安定性，是厚层润滑油（油层厚度大于200μm）在高温和空气中氧的作用下，抵抗氧化的能力，润滑油在常温下很安定，但在高温下，很短时间油色变黑，粘度改变，酸值增大，产生沉淀。一般在30°C以下润滑油不易氧化，但在150°C以上氧化剧烈地进行。例如在内燃机油、齿轮箱、变压器或输油管中的润滑油的氧化就属于这种情况。所以要求润滑油抗氧化性好。有的润滑油中加入抗氧剂提高抗氧化安定性。

二是热氧化安定性，是薄层润滑油（油层厚度小于200μm）在高温下空气中氧的作用下抵抗氧化的能力。例如在内燃机的活塞与气缸之间工作的润滑油、在蒸气透平的轴瓦之间的润滑油都是属于这种情况。此时润滑油的工作温度较高（200-300°C），金属对润滑油的催化氧化作用也较强。氧化结果会生成一层粘附性很强的胶膜，覆盖在金属机件上，使磨损增加，功率降低、热传导困难，严重时会导致机件烧毁。

润滑油在储存和使用过程中，受到光照或受热，在空气中的氧以及金属的催化作用下，发生氧化变质，使颜色变深，粘度增大，生产酸性化合物、胶质和沉渣。由许多不同结构的烃类混合组成的润滑油，其氧化过程是十分复杂的。因为润滑油的组成成分不同。属于酸性氧化产物的有羟酸、酚等，深度氧化还会生成低分子酸，这些产物会使酸值增大，生成的酸性物质会腐蚀金属机件。但有时氧化仅能形成少部分酸性物质，大部分则形成中性产物。