Các sao này là những đối tượng hiếm; ước tính không có nhiều hơn 20 nghìn sao loại O trong toàn bộ Ngân Hà,[3] hay khoảng 1 trong số 10.000.000 sao. Các sao dãy chính loại O có khối lượng từ 15 đến 90 M☉ và có nhiệt độ bề mặt từ 30.000 đến 50.000 K. Độ sáng đo được của chúng nằm giữa 30.000 tới 1.000.000 L☉. Bán kính của chúng ở cỡ trung bình hơn khoảng 10 R☉. Trọng trường bề mặt khoảng 10.000 lần so với Trái Đất, tương đối thấp với một sao dãy chính. Cấp sao tuyệt đối quan sát nằm trong khoảng −4 tới −5,8, hay sáng hơn Mặt Trời 3.400 tới 18.000 lần.[4][5]

Các sao loại O rất trẻ, với số tuổi không vài triệu năm, và trong thiên hà của chúng ta, đều có độ kim loại cao (quần thể I) khoảng gấp đôi so với Mặt Trời.[4] Các sao dãy chính loại O trong Đám mây Magellan Lớn, với độ kim loại thấp hơn, có nhiệt độ cao hơn đáng kể, với nguyên nhân rõ ràng nhất là do tốc độ mất khối lượng thấp hơn.[6] Các sao sáng nhất của loại O có tốc độ mất khối lượng nhiều hơn một phần triệu M☉ mỗi lần, trong khi các sao kém sáng nhất mất ít hơn nhiều. Gió sao của chúng có vận tốc cuối khoảng 2.000 km/s.[7]