XeO2 là chất rắn màu vàng cam[3]. Đó là một hợp chất không ổn định, với thời gian bán phân hủy khoảng hai phút, tạo ra XeO3 và xenon. Cấu trúc và nhận dạng của nó đã được xác nhận bằng cách làm mát nó xuống -78 ℃ để có thể thực hiện được phép quang phổ Raman trước khi nó phân hủy.