Etilena oksida sangat mudah terbakar, dan campurannya dengan udara adalah mudah meletup. Apabila dipanaskan ia boleh mengembang dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan letupan.[21] Beberapa kemalangan industri telah dikaitkan dengan letupan etilena oksida.[22][23][24]

Suhu autonyala ialah 429 °C (804 °F), suhu penguraian pula ialah 571 °C (1,060 °F) pada 101.3 kPa (14.69 psi), kandungan mudah terbakar minimum di udara ialah 2.7%,[25] dan had maksimum ialah 100%. Penarafan NFPA 704 ialah Kesihatan, 3; Kemudahbakaran, 4; Ketidakstabilan 2.[26] Etilena oksida, dengan kehadiran air, boleh mengalami hidrolisis kepada etilena glikol dan membentuk polietilena oksida, yang kemudiannya teroksida oleh udara dan membawa kepada titik panas yang boleh mencetuskan penguraian letupan.

Kebakaran yang disebabkan oleh etilena oksida dipadamkan dengan media konvensional termasuk buih, karbon dioksida atau air. Penindasan aktiviti ini boleh dilakukan dengan menyelimutkan dengan gas lengai sehingga jumlah tekanan mencapai julat bukan letupan. Pemadaman pembakaran etilena oksida adalah rumit disebabkan oleh keupayaannya untuk meneruskan pembakaran dalam suasana lengai dan dalam larutan air. Pencegahan kebakaran hanya dicapai apabila pencairan dengan air melebihi 22:1.[27]