Toksyczność tlenowa to stan, który występuje, gdy oddycha się zbyt dużą ilością czystego tlenu. Powietrze do oddychania zawiera około 21 procent tlenu; reszta składa się z azotu i wielu innych substancji. Gdy tlen cząsteczkowy lub O2 jest wdychany w wyższym stosunku, może wystąpić wiele objawów, w tym widzenie tunelowe, nudności i zapalenie dróg oddechowych. Różne formy toksyczności tlenu mogą wynikać z różnych form ekspozycji na podwyższony poziom tlenu. Uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego jest zwykle wynikiem krótkotrwałej ekspozycji na podwyższone poziomy tlenu pod wysokim ciśnieniem, podczas gdy długotrwała ekspozycja na podwyższony poziom tlenu przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym prowadzi do problemów z płucami lub oczami.
Toksyczność tlenowa ośrodkowego układu nerwowego występuje zwykle tylko pod wysokim ciśnieniem, jest to więc problem przede wszystkim dla nurków i innych osób przebywających w warunkach wyższych niż ciśnienie atmosferyczne. Kiedy płetwonurek zanurza się głębiej w wodę, ciśnienie parcjalne wszelkich gazów w jego butli wzrasta proporcjonalnie do jego głębokości. Toksyczność tlenowa ośrodkowego układu nerwowego jest zatem możliwa na wystarczających głębokościach, ponieważ nurek oddycha tlenem pod znacznie wyższym niż normalne ciśnienie atmosferyczne. Może to prowadzić do wielu różnych objawów, w tym nudności; zawroty głowy; drganie; aw ciężkich przypadkach drgawki i możliwa śmierć.
Toksyczność tlenu jest nadal możliwa przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym; Dzieje się tak, gdy udział tlenu w powietrzu jest znacznie wyższy niż normalny około 21 procent. Toksyczność może wystąpić przy 50 procentach tlenu lub powyżej, chociaż na ogół pojawienie się objawów zajmuje trochę czasu, zwykle ponad 24 godziny. Przy stężeniu zbliżonym do 100% tlenu objawy mogą pojawić się znacznie szybciej, zwykle po 14 godzinach, ale czasami już po czterech godzinach. Toksyczność tlenowa, która występuje z powodu długotrwałej ekspozycji na wysoki poziom tlenu przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, zwykle prowadzi do objawów płucnych, a nie objawów ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Takie objawy obejmują zapalenie dróg oddechowych i płuc, kaszel, trudności w oddychaniu i gorączkę.
Za objawy związane z toksycznością tlenu odpowiada szereg mechanizmów chemicznych związanych z oddychaniem komórkowym i metabolizmem. Chociaż do oddychania komórkowego potrzebny jest tlen, wyższe niż normalne stężenia prowadzą do wytwarzania wysoce reaktywnych produktów ubocznych, które mogą powodować znaczne uszkodzenia komórek. Podobne wysoce reaktywne związki chemiczne wchodzą lub są regularnie produkowane przez organizm, ale organizm posiada wiele systemów, które są w stanie zapobiegać lub naprawiać szkody, które mogą być spowodowane. Układy organizmu nie są w stanie nadążyć za produkcją tych destrukcyjnych pierwiastków w warunkach podwyższonego poziomu tlenu, więc występuje toksyczność tlenu w postaci uszkodzenia komórek.