การต้านทานการเกิดออกซิเดชั่น (oxidation stability) คือ ปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งเกิดจากการรวบตัวของน้ำมันหล่อลื่นกับออกซิเจน  อัตราการเกิดออกซิเดชั่นจะถูกเร่งให้เกิดเร็วขึ้นโดยอุณหภูมิสูง, น้ำ, กรดและสารกระตุ้น เช่น ทองแดง อัตราการเกิดออกซิเดชั่น   จะเพิ่มขึ้นตามเวลาที่นานขึ้น อายุการใช้งานของสารหล่อลื่นลดลงเมื่ออุณหภูมิการใช้งานของน้ำมันเพิ่มสูงขึ้น  ออกซิเดชั่นนำไปสู่การเพิ่มค่าความหนืดของน้ำมันและเกิดคราบสะสมของน้ำมันขี้โล้ (sludge) และวานิช (varnish)

อัตราการเกิดออกซิเดชั่นกับคุณภาพและชนิดของน้ำมันพื้นฐานรวมทั้งส่วนประกอบของสารเพิ่มประสิทธิภาพในน้ำมัน น้ำมันพื้นฐานสังเคราะห์บางชนิดเช่น polyalphaolefins (PAO) มีความสามารถต้านทานการเกิดออกซิเดชั่นดีกว่าน้ำมันแร่ การต้านทานออกซิเดชั่นที่เหนือกว่าเป็นปัจจัยที่ทำให้น้ำมันสังเคราะห์สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า

60 ⁰ C (140 ⁰ F) 10 ⁰ C (18 ⁰ F) 60 ⁰ C (140 ⁰ F) แนวคิดนี้มีพื้นฐานจากกฎของอาร์รีเนีย Svante Arrhenius เมื่อศตวรรษที่ 19

แต่มีข้อโต้เถียงเล็กน้อยเกี่ยวกับความสามารถต้านทานออกซิเดชั่นของน้ำมันพื้นฐานแร่ถูกกำหนดด้วยวิธีการกลั่นและทำให้บริสุทธิ์ มีสถาบันวิจัยแห่งหนึ่งให้ความเห็นว่าน้ำมันพื้นฐานที่ผ่านกระบวนการเติมไฮโดรเจนในการทำให้น้ำมันบริสุทธิ์ (hydrotreated) มีความต้านทานออกซิเดชั่นดีกว่าน้ำมันที่ทำให้บริสุทธิ์โดยการใช้ตัวทำละลาย

ข้อคิดนี้เป็นความเห็นที่ผิดเนื่องจากการเติมไฮโดรเจน (hydrotreating) ช่วยกำจัดสารประกอบที่ไม่ต้องการออกไปทั้งหมด ดังนั้นน้ำมันพื้นฐานจึงมีแนวโน้มลดการเกิดคราบสะสมโดยอัตโนมัติและด้วยเหตุนี้จึงดูเหมือนต้านทานออกซิเดชั่นดีกว่า อย่างไรก็ตามการกำจัดสารประกอบที่ถูกเข้าใจว่าไม่เป็นที่ต้องการแท้จริงแล้วเป็นเรื่องที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อการต้านทานออกซิเดชั่น

น้ำมันที่เป็นกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ด้วยตัวทำละลายยังคงรักษาสารประกอบซัลเฟอร์ไว้บางส่วนซึ่งโดยธรรมชาติจะยับยั้ง ออกซิเดชั่น น้ำมันพื้นฐานเหล่านี้ยังคงมีความสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นในตัวเองขณะที่น้ำมันพื้นฐานที่เป็นไฮโดรทรีต (ทำให้บริสุทธิ์ด้วยการเติมไฮโดรเจน) จะต้องเพิ่มสารป้องกันออกซิเดชั่นเพื่อคงไว้ซึ่งคุณสมบัติทนร้อนและต้านทานออกซิเดชั่น ทันทีที่สารป้องกันออกซิเดชั่นในน้ำมันไฮโดรทรีตเสื่อมสลายไปหรือถูกทำลายไป ออกซิเดชั่นในน้ำมันไฮโดรทรีตบางชนิดสามารถเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว

การทำน้ำมันให้บริสุทธิ์มาก ๆ โดยการเติมไฮโดรเจน ถ้าหากไม่มีสูตรการผลิตที่เหมาะสม

มีวิธีการหลายวิธีในการตรวจสอบและประเมินความสามารถต้านทานการเกิดออกซิเดชั่นในน้ำมัน ซึ่งปกติแล้วจะวัดจำนวนชั่วโมงที่ใช้ทดสอบจนกระทั่งค่าความหนืดของน้ำมันเพิ่มขึ้นถึงระดับที่กำหนด หรือจนกระทั่งปริมาณกรด () ในน้ำมันเพิ่มขึ้นถึงระดับที่กำหนด