El oxígeno medicinal se utiliza en muchos tratamientos médicos. En particular, se utiliza en todos los casos de hipoxia, cuando el nivel de oxígeno en la sangre del paciente es insuficiente. Esto puede deberse a una condición que afecta a los pulmones del paciente o a situaciones fisiológicas particulares, como las asociadas a la altitud.
El oxígeno también puede utilizarse para tratar determinadas afecciones, como la intoxicación por monóxido de carbono, que requiere la administración intensiva de altas dosis de oxígeno.