Im Gegensatz zum Sauerstoff in der Luft kann reiner oder hoch konzentrierter Sauerstoff zu einer Überreaktion des Körpers führen, die Atemwege reizen und sogar Zell- und Organschäden verursachen, insbesondere in der Lunge. Wird über längere Zeit reiner Sauerstoff eingeatmet, kann dies also zu schweren gesundheitlichen Schäden führen. In diesem Sinne könnte man reinen Sauerstoff also durchaus als giftig bezeichnen.
Hinsichtlich der sicherheitstechnischen Einordnung von Gefahrstoffen ist Sauerstoff allerdings nicht als giftig, sondern als stark oxidierend und brandfördernd zu bezeichnen. Genau genommen besteht das Problem in der hohen Reaktivität der Sauerstoffradikale (als Oxidationsmittel), die sich bei erhöhten Konzentrationen zunehmend bilden. Durch diese reaktiven Sauerstoffspezies können viele Stoffe angegriffen und geschädigt werden – eben auch Zellen und Gewebe.