Oksygenbehandling er viktig i mange sammenhenger, som for eksempel ved sjokk, hjertesvikt, røykforgiftning og lavt hemoglobininnhold i blodet. Det er også viktig ved en rekke lungelidelser, som eksempelvis ARDS (akutt lungesvikt), kols (kronisk obstruktiv lungesykdom), hypoksemi, lungeshunt, lungeødem og lungebetennelse med mer. I noen tilfeller brukes også medisinsk O som smertebehandling, for eksempel under anfall av klasehodepine.