Sauerstofftoxizität ist ein Zustand, der auftritt, wenn man zu viel reinen Sauerstoff einatmet. Atmungsaktive Luft besteht zu etwa 21 Prozent aus Sauerstoff; der Rest besteht aus Stickstoff und einer Vielzahl anderer Stoffe. Wenn molekularer Sauerstoff oder O2 in einem höheren Verhältnis inhaliert wird, können eine Vielzahl von Symptomen wie Tunnelblick, Übelkeit und Entzündungen der Atemwege auftreten. Verschiedene Formen der Sauerstofftoxizität können aus verschiedenen Formen der Exposition gegenüber erhöhten Sauerstoffwerten resultieren. Schäden des Zentralnervensystems resultieren in der Regel aus einer kurzzeitigen Hochdruckexposition erhöhter Sauerstoffkonzentrationen, während eine längerfristige Exposition gegenüber erhöhten Sauerstoffkonzentrationen bei normalem atmosphärischem Druck zu Lungen- oder Augenproblemen führt.
Die Sauerstofftoxizität des Zentralnervensystems tritt tendenziell nur bei hohem Druck auf, daher ist sie in erster Linie ein Problem für Taucher und andere, die Zeit unter Bedingungen über dem Atmosphärendruck verbringen. Wenn ein Taucher tiefer ins Wasser vordringt, steigt der Partialdruck aller Gase in seinem Tank proportional zu seiner Tiefe. Eine Sauerstofftoxizität des Zentralnervensystems ist daher in ausreichender Tiefe möglich, da der Taucher Sauerstoff mit einem signifikant höheren als dem normalen atmosphärischen Druck einatmet. Dies kann zu einer Vielzahl von Symptomen führen, einschließlich Übelkeit; Schwindel; zucken; und in schweren Fällen Krampfanfälle und möglicher Tod.
Bei normalem atmosphärischem Druck ist eine Sauerstofftoxizität noch möglich; dies tritt auf, wenn der Sauerstoffanteil in der Luft deutlich über dem Normalwert von etwa 21 Prozent liegt. Toxizität kann bei 50 Prozent Sauerstoff oder mehr auftreten, obwohl es im Allgemeinen einige Zeit dauert, normalerweise mehr als 24 Stunden, bis sich Symptome zeigen. Bei näherung an 100 Prozent Sauerstoff können die Symptome viel schneller auftreten, im Allgemeinen nach 14 Stunden, manchmal aber auch schon nach vier Stunden. Eine Sauerstofftoxizität, die aufgrund einer längeren Exposition gegenüber hohen Sauerstoffkonzentrationen bei normalem atmosphärischem Druck auftritt, führt im Allgemeinen eher zu pulmonalen als zu Symptomen des zentralen Nervensystems. Zu diesen Symptomen gehören Entzündungen der Atemwege und der Lunge, Husten, Atembeschwerden und Fieber.
Eine Vielzahl chemischer Mechanismen im Zusammenhang mit der Zellatmung und dem Stoffwechsel sind für die mit der Sauerstofftoxizität verbundenen Symptome verantwortlich. Während für die Zellatmung Sauerstoff benötigt wird, führen höhere Konzentrationen als normal zur Bildung hochreaktiver Nebenprodukte, die den Zellen erheblichen Schaden zufügen können. Ähnliche hochreaktive chemische Spezies treten regelmäßig in den Körper ein oder werden von ihm produziert, aber der Körper besitzt viele Systeme, die in der Lage sind, möglicherweise verursachte Schäden zu verhindern oder zu reparieren. Körperliche Systeme sind unter erhöhten Sauerstoffbedingungen nicht in der Lage, mit der Produktion dieser zerstörerischen Elemente Schritt zu halten, so dass Sauerstofftoxizität in Form von Zellschäden auftritt.