A、氧气和臭氧的混合物由氧元素一种元素组成，属于混合物，故A错；

B、只含有一种元素的物质可能是纯净物，例如氧气是由氧元素组成，也可能是混合物，例如氧气和臭氧的混合物由氧元素一种元素组成，属于混合物，故B错；

C、只含有一种元素的物质可能是单质，例如氢气由氢元素一种元素组成，属于单质，也可能是混合物，例如氧气和臭氧的混合物由氧元素一种元素组成，属于混合物，故C错．

D、由不同元素组成的纯净物属于化合物，最少由两种元素组成，所以只含有一种元素的物质，不可能是化合物，故D正确．

故选D．