氧是人体进行新陈代谢的关键物质，是人体生命活动的第一需要。由肺吸入的氧转化为人体内可利用的血氧，血液携带血氧向全身输入生物氧化所需的能源，因此氧是正常生命活动中不可或缺的重要物质。成人在静息状态下，每分钟耗氧量约为250ml，若活动时，耗氧量就明显增加。正常机体内氧的储备量（包括存留于肺泡内以及同血红蛋白及红蛋白结合的氧）大约只有1.5L左右。当呼吸停止，即使体内储氧充分利用也只能维持几分钟的生命活动。可是，一般机体的各种代谢活动都远在体内的氧还没有完全耗尽之前，就可出现明显障碍。这样，机体必须依赖于外界氧的供给和通过呼吸、血液、血液循环不断地完成氧的摄取和运输，以保证细胞生物氧化的需要。
完整的供氧和耗氧过程包括三个环节：一是外界空气与肺泡之间以及肺泡与肺毛细血管之间气体交换，这称为外呼吸；二是组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换，这称为内呼吸；三是血液的气体运输，这是输送氧，协调内、外呼吸的中间环节。
由于氧的摄取、携带或运输障碍，或由于外界环境中氧分压的降低，或由于组织细胞受损，而使组织或器官不能得到足够的氧的供给或者不能充分利用氧来进行代谢活动，从而引起代谢、功能和形态结构变化的病理过程称为缺氧。缺氧是一种相当常见的病理过程，可以直接引起机体死亡。不仅在大气中氧分压过低情况下发生，也可在循环、血液、呼吸等系统疾病时由于氧供给和氧利用障碍而出现。
呼吸功能不全可导致缺氧症。由于呼吸中枢抑制，呼吸肌麻痹，呼吸道堵塞，肺部疾患（肺炎、肺水肿等），胸廓疾患（胸腔积液、气胸等）及其他一些疾病（如甲状腺机能减退、代谢性碱中毒等）所致的肺的通气和（或）换气功能障碍，可引起低张性低氧血症。
心脏的工作状态与血氧的输送量密切相关，心脏泵血能力越强，血氧的含量就越高；其次，心脏冠状动脉越通畅，血氧输送到心脑及全身的浓度就越高，人体重要器官状态就越良好。心脏病及心脑血管疾病可导致缺氧症产生。
血液中血红蛋白含量减少或血红蛋白的性质发生改变可导致缺氧。各种原因引起的贫血可导致血红蛋白的减少，单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量减少，虽然PaO2和氧饱和度正常，但氧容量降低，氧含量也随之减少；在有些情况下，如一氧化碳、苯胺、硝基苯、亚硝酸盐等中毒，可致使血红蛋白发生改变，使其携带氧的能力降低，其中以亚硝酸盐中毒最常见，在自然界中，广泛存在着亚硝酸盐和（或）它的前身硝酸盐，土壤、水、污染的空气中都含有，不新鲜的蔬菜、剩菜饭、腌渍的咸菜等，含有较多的硝酸盐，在细菌的作用下，或在肠道细菌的作用下，变为亚硝酸盐，如食入过多可引起高铁血红蛋白血症，进而导致缺氧症状。
宇航、高空作业、高原勘探、旅游等人员，随着所处海拔高度的增加，气压不断下降，大气中氧分压相应下降，形成低氧压缺氧状态，如海拔高度5000m时的氧分压仅为平原地区的二分之一，至8000m时仅三分之一，达到生理适应极限，久居平原的人可因缺氧而致死。
一旦体内由于呼吸、血氧含量及血液运行障碍等而使体内器官缺少血氧，就会像不能正常呼吸一样感到憋气、窒息，从而引发心缺氧反应（心悸、胸闷、气促等）、脑缺氧反应（头晕目眩、记忆障碍、神志不清等）及躯体缺氧反应（机体反应迟钝、酸痛乏力、手脚发麻等），最终导致机体的心、脑等主要器官因供氧不足而死亡。因此，保持机体健康的最好办法是人体每个细胞均能供氧充足。
机体所有组织中，神经系统，特别是大脑皮层对缺氧最为敏感。每克脑组织在1分钟内需氧约0.09~0.10ml，几乎是肌肉组织需要量的20倍。进入机体的氧，约有1/4被大约占体重2.5%的大脑所利用，大脑的能量主要来自于葡萄糖的氧化分解，糖在大脑能量代谢中起主要作用，脑的耗糖量约占全身耗糖量的1/4，在无氧酵解中所产生的乳酸，极易导致大脑细胞疲劳，引起脑组织严重缺氧。因此，氧在脑组织代谢中占有十分重要的地位。如果用脑过度，如长时间、高强度的脑力劳动，耗氧量会成倍增加。提高脑的耐缺氧能力显得十分重要。
