高压氧的治疗作用绝不是单纯提供更多的氧气，而是人体吸入髙压氧后对机体各系统产生的综合效应。但不同疾病高压氧治疗的主要机制又不尽相同，现将高压氧治疗疾病的主要机制归纳如下。
(1) 提高血氧张力，增加血氧含量：在0.25〜0.3MPa下吸纯氧，动脉血氧张力升至1 770mmHg，使每100ml血中溶解氧量从0. 3ml提高到5. 6ml以上，进入血液的溶解氧可满足机体氧化、代谢需要，血红蛋白结合的氧解离极少，甚至完全不解离。
(2) 增加组织氧储量：常温常压下，平均1kg组织的氧储量约为13ml，按平均每千克组织耗氧量3〜4ml/min计算，循环阻断的安全时限为3〜4min。而在0. 3MPa吸纯氧时，平均每千克组织的储氧量增至53ml，此时循环阻断的安全时限为8〜12min。若配合低温，循环阻断时安全时限可进一步延长。这对心脏手术极有意义。
(3) 提高血氧弥散率和增加组织内氧有效弥散距离:在高压氧条件下，肺泡内氧分压成倍地升高，故氧梯度增大，因此从肺泡弥散入血的氧量也相应增加。毛细血管内氧的弥散半径可从常压吸空气的30μm提高到100μm。可大大有利于代偿因血管阻塞原因造成的组织细胞缺氧。
(4) 对血管的收缩作用和对侧支循环的影响：高压氧可使许多器官或组织（脑、心、肾、四肢等）的血管发生收缩，导致灌注范围内的血流量减少。高压氧下组织液氧分压明显提高，细胞增殖活跃，加速了结缔组织和毛细血管的形成，从而加快了侧支循环的建立。
(5) 抑制厌氧菌的生长与繁殖。
(6) 增强放射线和化学药物对恶性肿瘤的作用。
(7) 高压氧对气泡的作用：对于减压病、气栓症等的治疗，根本措施就是再加压，可以获得“压到病除”、转危为安的特殊效果。
(8) 高压氧对损伤的修复作用：高压氧下血氧分压增高、血氧弥散加强，使受损组织的氧分压增高，缺氧状况得以改善。同时高压氧下新陈代谢加强，ATP生成增多，纤维细胞增殖活跃，胶原纤维加强，可减轻受损组织的渗出、水肿，改善局部血液循环，同时可促进新生血管形成，加速侧支循环的建立，加快上皮组织的修复，有利于损伤组织的修复和伤口的愈合。
