Oxigênio é necesário para os tecidos do corpo, hipoxia, insuficiente oxigênio, pode rapidamente resultar em coma e danos irreversíveis. O cérebro é especialmente sensível porque ele usa cerca de 20% do oxigênio total do seu corpo.

Oxigênio é administrado ao paciente para tratamento de hipoxia. O objetivo é levar a pressão parcial de O2 do sangue arterial para a faixa de 70 a 180 torr. Várias técnicas são disponíveis. A cânula nasal é um tubo com pontas que são inseridas nas narinas. Ela fornece concentrações de 24% a 35% de O2, a até 4 L/min.

A simples máscara facial descartável fornece concentrações mais altas, 30% a 55% de O2, a 6 até 10 L/min. Em casos extremos de inalação de fumaça e edema pulmonar, 100% de O2 podem ser fornecidos usando-se uma máscara respiratória unidirecional com uma bolsa reservatório. (Com esta máscara, o paciente inspira O2 puro da bolsa e expira através de aberturas de exalação.)

Em alguns casos, terapia hiperbárica, que envolve exposição ao oxigênio a pressões acima da pressão atmosférica, é necesária. O paciente é colocado numa câmara selada que contém oxigênio puro a pressões de 2 a 2,5 atm por períodos de atá 5 horas. A alta pressão parcial de oxigênio resultante aumenta a quantidade de oxigênio dissolvido no sangue.

Terapi hiperbárica por oxigênio alivia a hipoxia em casos de envenenamento por monóxido de carbono. Ela é também usada para inibir crescimento bacteriano como na gangrena gasosa, para aumentar a eficiência de tratamentos por radiação, e para tratamento do aeroembolismo.

A terapia por oxigênio envolve alguns riscos. Quando administrado por longos períodos, o oxigênio tem efeitos tóxicos. Concentrações muito altas de oxigênio podem resultar em colapso dos alvéolos (atelectasia).

Administração de oxigênio a crianças prematuras tem resultado em cegueira (fibrose retrolental). Em todos os casos, o oxigênio aumenta o perigo de incêndio, uma vez que ele alimenta a combustão (embora ele próprio não queime). Por esta razão, fumar ou provocar faíscas durante a administração de oxigênio deve ser evitado.