Stężenie tlenu odnosi się do całkowitej ilości tlenu w danym systemie. Termin ten jest często używany zarówno w medycynie, jak i w badaniach środowiska. W medycynie stężenie tlenu, zwane również nasyceniem tlenem, odnosi się do ilości tlenu, który jest przenoszony przez krew przez czerwone krwinki, a także tego, co jest rozpuszczone w tkankach ciała. W środowisku saturację tlenem można zmierzyć, porównując procent tlenu z procentem innych cząsteczek w cieczy lub gazie.
U ludzi tlen znajduje się w trzech miejscach. Może być trzymany w płucach, rozpuszczony w tkankach ciała lub przenoszony przez krew połączoną z czerwonymi krwinkami. Ludzie muszą często oddychać, ponieważ nie są w stanie przechowywać więcej niż kilka minut tlenu w dowolnym momencie. Inne zwierzęta, takie jak niektóre ssaki wodne i gady, są w stanie spowolnić swój metabolizm i magazynować więcej tlenu w swoich ciałach, dzięki czemu mogą dłużej wstrzymywać oddech.
Przez większość czasu stężenie tlenu u człowieka wynosi od 96% do 100%. W medycynie ten odsetek nie jest porównaniem całkowitej ilości tlenu do całkowitej ilości innych cząsteczek, ale raczej miarą liczby miejsc wiązania w czerwonych krwinkach, które są obecnie zajmowane przez cząsteczki tlenu. Każda czerwona krwinka może jednocześnie wiązać do czterech cząsteczek tlenu, a jeśli nasycenie krwi tlenem wynosi 100%, wszystkie te miejsca są zajęte.
Normalne oddychanie przy ciśnieniu atmosferycznym 1, które jest ciśnieniem na poziomie morza, spowoduje normalne stężenie tlenu we krwi u zdrowej osoby. Hiperwentylacja może prowadzić do wzrostu ilości tlenu w tkankach i krwi, podczas gdy wstrzymywanie oddechu może skutkować jej spadkiem. W obu przypadkach saturację tlenem można przywrócić do normy poprzez przywrócenie normalnego tempa oddychania.
Osoby z pewnymi schorzeniami mogą mieć niedotlenienie, stan, w którym stężenie tlenu we krwi jest zbyt niskie. Często leczy się to przez podawanie czystego lub 90% czystego tlenu przez określony czas. Stan hiperoksji może być wywołany przez hiperwentylację lub podanie tlenu, ale ponieważ organizm nie jest w stanie utrzymać dużych rezerw tlenu, stan ten ustąpi samoistnie kilka minut po zaprzestaniu leczenia skoncentrowanym tlenem.