Η οξυγονοθεραπεία χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στην αναπνευστική όσο και στην επείγουσα ιατρική. Η οξεία οξυγονοθεραπεία χρησιμοποιείται εμπειρικά σε καρδιοαναπνευστική ανακοπή, υπόταση ή αναπνευστική δυσφορία. Το οξύ οξυγόνο χρησιμοποιείται επίσης όταν υπάρχει υποξία ή αναπνευστική ανεπάρκεια σε καταστάσεις όπως η πνευμονία, η επιδείνωση της νόσου των αεραγωγών και η πνευμονική εμβολή. Τα υψηλά εμπνευσμένα κλάσματα οξυγόνου μπορεί να επιταχύνουν την ανάλυση του πνευμοθώρακα. Η χρήση σε οξεία καρδιακή ανεπάρκεια συμπληρώνεται τώρα με συνεχή θετική πίεση των αεραγωγών, αλλά σε οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου είναι αμφιλεγόμενη. Η χρήση της χρόνιας οξυγονοθεραπείας σε τοπικό περιβάλλον έχει αυξηθεί από τις μελέτες ορόσημο που πραγματοποιήθηκαν στη δεκαετία του '80 και η γνώση μας για τα οφέλη μιας τέτοιας θεραπείας εξακολουθεί να βασίζεται σε μελέτες ασθενών με χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (COPD).
Η μακροχρόνια θεραπεία οξυγόνου για 15 ή περισσότερες ημέρες βελτιώνει την επιβίωση σε ασθενείς με χρόνιες υποξικές COPD και πιθανώς βελτιώνει επίσης την ποιότητα ζωής. Η χρήση του νυχτερινού οξυγόνου σε ασθενείς με απομονωμένη ολονύκτια υποξία είναι αμφιλεγόμενη. Το περισυλλεγμένο οξυγόνο χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο με μελέτες που δείχνουν βελτίωση στην αντοχή στην άσκηση, μειωμένη δύσπνοια και βελτιωμένη βραχυπρόθεσμη ποιότητα ζωής. Τέλος, η χρήση βραχυχρόνιας ή διακοπτόμενης οξυγονοθεραπείας, όπως απαιτείται για την ανακούφιση της δύσπνοιας, δεν φαίνεται να δικαιολογείται με βάση τα σημερινά στοιχεία.