Az oxetánok a külső gyűrű C-C-C kötésszögeinek enyhe kiszélesedését és kis mértékű ráncosodást mutatnak (a θ diéderes szöggel mérve). Gázfázisban a mikrohullámú spektroszkópiai adatok azt mutatják, hogy az alap-oxetán hatékonyan sík szerkezetű, alacsony ráncosodási (alacsony hajtogatási) inverziós gátlattal. 3-pozícióban történő szubsztitúció fokozott etiolációs kölcsönhatásokhoz vezet a szomszédos metiléncsoportokkal, és ennek következtében az oxetángyűrű erőteljesebb zsugorodása (hajtogatása) számos szerkezetben megfigyelhető. Mindazonáltal a zsugorodási (hajtogatási) szög még mindig nagyon kicsi, ami lehetővé teszi az oxetán és a karbonil egységek közötti szorosabb szerkezeti közelséget.
A modern gyógyszerkutatási projektek során a vegyületek fizikai-kémiai és farmakokinetikai tulajdonságait a felfedezési folyamat korai szakaszában rutinszerűen vizsgálják, és optimalizálásukat egyre gyakrabban végzik a célpont-affinitással és szelektivitással párhuzamosan. Ez a többdimenziós optimalizálási stratégia jelentősen javítja a sikeres átmenetet a vezető vegyületek felfedezésétől a potenciális gyógyszerjelöltek korai in vivo elemzéséig. Mindazonáltal a vegyület tulajdonságainak optimalizálása továbbra is jelentős kihívást jelent a gyógyszerkémiában. Ezért nagy érdeklődésre tartanak számot az olyan kis molekuláris részek, amelyek könnyen beágyazhatók a molekulákba, és kiszámítható módon módosítják a vegyület tulajdonságait. Az oxetánok ilyen részek. Korábban az oxetánok szintézise munkaigényes volt, és aggályok merültek fel metabolikus stabilitásukkal kapcsolatban, ezért csak ritkán használták őket. Más négytagú heterociklusokkal összehasonlítva az oxetánok különös érdeklődést váltottak ki a szintetikus és gyógyszerkémiai közösségekben.
A legismertebb oxetán-tartalmú természetes termék a paclitaxel, amely egyben az FDA által engedélyezett egyetlen biológiailag aktív oxetánvegyület (3. ábra). Gyakran Taxol márkanév alatt ismert, az oxetáncsoport háromdimenziós jelleget ad), és a negatív töltésű oxigénatom erős elektronelvonó hatást kölcsönöz az oxetánnak, amely két rövid σ-kötéses kereten keresztül terjed a 3-as pozícióba. Így kimutatták, hogy az amin α-oxetánokkal az aminok pKa értékét 9,9-ről 7,2-re csökkentik 2,7 egységgel (azaz mintegy 500-szoros bázikus csökkenés) elektronelvonó hatásuk révén. Hayes és munkatársai (AstraZeneca) nemrégiben kimutatták továbbá, hogy a kiválasztott oxetánvegyületeket a humán mikroszomális epoxid-hidroláz (mEH) lebontja. Ez egy nem epoxid-szubsztrát, mivel a mEH, amely potenciális alkalmazása lehet a citokróm P450 enzim (CYP) elkerülésében, ami problematikus lehet, mivel a nem kívánt és kiszámíthatatlan gyógyszerkölcsönhatások hepatotoxicitáshoz vezethetnek az együttesen beadott gyógyszerekkel.
A kisebb gyűrűk nagyfokú merevsége, amely negatív töltésű oxigénatomokkal párosul, az oxetán szubsztrátokat potenciálisan instabillá teszi a gyűrűnyílásos bomlási folyamatokkal szemben, különösen savas körülmények között. Az oxetánok stabilitását általában a szubsztitúciós mintázatuk határozza meg, a 3,3-diszubsztituált példák a legstabilabbak, mivel a külső nukleofil reagens útját a C-O σ* antibonding orbitálhoz a szubsztituens tér zárja el. Egy adott vegyület instabilitása függhet a helyi szerkezeti jellemzőktől is, beleértve más bázikus helyek jelenlétét. A belső nukleofil reagensek ciklizációs folyamathoz is vezethetnek, ami az egyik szintetikus módszer az oxetánok esetében.