Ethylen oxide cực kỳ dễ cháy và hỗn hợp của nó với không khí rất dễ nổ. Khi đun nóng nó có thể nhanh chóng nở ra, gây cháy nổ.[128] Một số tai nạn công nghiệp đã được cho là do nổ ethylen oxide.[129][130][131]

Nhiệt độ tự động cháy của nó là 429 °C (804 °F), nhiệt độ phân hủy là 571 °C (1.060 °F) ở 101,3 kPa (14,69 psi), hàm lượng chất cháy tối thiểu trong không khí là 2,7%,[132] và giới hạn tối đa là 100%. Xếp hạng NFPA 704.[133] Ethylen oxide khi gặp nước có thể thủy phân thành ethylen glycol và tạo thành polyethylen oxide, sau đó sẽ bị oxy hóa bởi không khí và dẫn đến các điểm nóng có thể kích hoạt sự phân hủy bùng nổ.

Các đám cháy gây ra bởi ethylen oxide được dập tắt bằng các phương tiện thông thường bao gồm bọt, carbon dioxide hoặc nước. Việc ngăn chặn hoạt động này có thể được thực hiện bằng cách làm trống bằng khí trơ cho đến khi tổng áp suất đạt đến phạm vi không nổ. Việc dập cháy ethylen oxide rất phức tạp do khả năng tiếp tục cháy trong môi trường trơ và trong dung dịch nước. Việc dập lửa chỉ đạt được khi pha loãng với nước trên 22:1.[134]