高壓氧的作用分爲直接作用和間接作用。
直接作用有五個：
一、顯著提高血液中物理溶解氧量，改善各臟器組織氧的供應，改善腦組織代謝，促進腦損傷修復；
二、增加機體的氧儲備量。延長了循環阻斷的安全時限，爲某些手術創造了更多的機會。
三、增加氧的彌散率和彌散距離。即氧的穿透力增加，高壓氧的很多獨特治療作用都是由氧的穿透力增加所致，因此對組織的缺血梗死有較好的治療作用。
四、抑制厭氧菌的生長和繁殖。高壓氧下，巰基被氧化，菌體代謝所需要的酶類被滅活，導致厭氧菌的生長和繁殖受到抑制。在2.5ATA下，可使人體的氧張力達到使所有厭氧菌都不能生長的水平。高壓氧對某些需氧菌也有抑制作用，可增強白細胞的吞噬能力，增強某些抗菌藥物的抗菌作用。
五、壓縮和溶解禁錮在體內的氣體。高壓氧治療下可通過氣體壓縮、氣體溶解、氧氣置換來達到加速體內氣體吸收和排除的作用，對於氣體栓塞，只要治療及時確實能獲得“壓到病除”，轉危爲安的效果。
高壓氧的間接作用比較多，比如可以收縮除椎動脈和肝動脈以外的血管，減輕腦水腫、降低顱壓；促進腦內氧化代謝，改善腦功能，增加椎動脈系統的血流，有促進甦醒的作用，高壓氧下血腦屏障通透性增加，增加藥物對腦損傷的作用；減輕脊髓出血水腫和缺氧狀態，促進神經功能的恢復。降低凝血功能、可改善循環；可減慢心率、減少心肌耗氧量；減少消化液的分泌、增強胃腸蠕動；增加腎小球濾過率、改善腎臟功能；興奮和調節內分泌系統，增強胰島素的敏感性；雙向調節機體免疫。促進新生血管形成和側枝循環建立、促進損傷組織修復，加快創面修復、提高移植皮瓣的成活率、促進骨折癒合；增強放療和化療對惡性腫瘤的作用，減輕放療和化療的副作用；同時具有改善亞健康、緩解腦疲勞改善記憶力、改善睡眠、以及美容等的作用。
