在常壓下，人體組織供氧是靠血液中的紅細胞來傳輸的。血紅蛋白與氧結合後，隨著血液流動最終到達毛細血管內。毛細血管非常細，只允許單個紅細胞通過，紅細胞通過毛細血管時，會變窄、變細、拉長，呈線性排列，通過微迴圈到機體組織釋放氧分子，結合二氧化碳後從靜脈血管返回。
而在機體發生損傷的情況下，組織血管損壞，致使微迴圈發生障礙，紅細胞就不能通過損傷區域的毛細血管給組織供氧。在高壓氧狀態下，人體氧氣輸送發生根本變化。在3個大氣壓的高壓氧下，僅以物理狀態溶解到血液中的氧就足以維持人體生命的基本需要。
高壓氧治療時通常採用兩個大氣壓，此時物理溶解氧比常壓下高出14倍，液體能到達的地方，溶解在液體中的氧也能到達。正如美國著名物理學家、美國氫彈之父愛德華泰勒所說“高壓氧可以在不需要消耗能量的情況下，迅速地將物理溶解氧供應到缺氧的機體組織中去，改善機體組織的缺氧狀態。”高壓氧的這一特點，是常壓下任何其他方法都不能達到的。
對於腦組織損傷來說，腦的微迴圈發生障礙，使損傷區域腦組織缺氧，出現水腫，對周圍組織產生壓迫，使迴圈進一步惡化，缺氧進一步加重。這一惡性迴圈鏈是腦外傷後病人腦水腫形成的機理。如何切斷這一病例過程，是搶救顱腦損傷患者的關鍵。高壓氧可以迅速通過自身特點切斷這一惡性過程，迅速改善腦部缺氧狀態，逐漸消除腦水腫，促進腦細胞復甦和腦組織功能的恢復。
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