اگر اکسیژن خالص به مدت طولانی تنفس شود،باعث اختلال در عملکرد ریه می شود.البته ریه ها توانایی ساخت مواد انتی اکسیدان را به مقدار زیاد دارا هستند و این مواد ریه ها را از اثر تخریبی اکسیژن حفظ می کنند،اما اگر به هر دلیلی این سیستم دفاعی آنتی اکسیدان کاهش یابد،تنفس اکسیزن می تواند باعث صدمات شدید به ریه ها شود.اثر اکسیژن در ایجاد ضایعه ریوی در موجودات مختلف متفاوت است،به طور مثال تنفس اکسیژن خالص در موش آزمایشگاهی پس از 5 تا 7 روز باعث مرگ می شود در حالی که لاک پشت دریایی می تواند تا پایان عمر اکسیژن خالص تنفس کند و هیچ عارضه ای برایش ایجاد نشود.بیشتر آزمایشات انجام شده برای سمیت اکسیژن روی حیوانات انجام می شود و در مورد اثر آن بر روی انسان آگاهی زیادی وجود ندارد.طبق تحقیقات انجام شده اگر میزان درصد اکسیژن در گاز تنفسی از 60% کمتر باشد،اکسیژن نمی تواند اثر سمی بر روی ریه داشته باشد ولی اگر این نسبت از 60% بیشتر باشد و بیشتر از 48 ساعت تنفس شود،می تواند اثر تخریبی بر روی ریه داشته باشد و اگر لازم باشد برای بیماری،میزان نسبت اکسیژن در گاز تنفسی او بیشتر از 60% شود و زمان مصرف نیز طولانی باشد،بایستی از لوازم تنفسی مخصوص استفاده شود.البته باید توجه داشت که میزان 60% در گاز تنفسی رقم دقیقی نیست و وجود مواد آنتی اکسیدان آندوژن در این میزان تاثیر زیادی دارد،به طوری که اگر این مواد آنتی اکسیدان به هر دلیلی کاهش پیدا کنند نسبت 60% نیز می تواند سمی شود و باید کاهش یابد.به طور مثال بیمارانی که در بخش icu بستری هستند به دلیل وضعیت خاص بیمار،میزان مواد آنتی اکسیدان کاهش زیادی پیدا کرده اند و به خصوص اگر بیمار مدت زمان زیادی را در icu بگذراند،میزان اکسیژن از 21%(هوای اتاق) نباید بالاتر باشد،چرا که می تواند اثری سمی برای بیماران داشته باشد.به منظور کاهش خطر اکسیژن درمانی برای ریه ها بهتر است این اقدامات انجام شود:محدود کردن مصرف اکسیژن:تجویز مداوم اکسیژن صحیح نیست و نباید انجام گیرد.مصرف اکسیژن در موارد زیر می تواند انجام گیرد: کافی نبودن اکسیژناسیون نسجی،کاهش فشار اکسیژن شریانی(55 میلیمتر جیوه به پایین)،لاکتات خون بیش از بیشتر از 4 میلی مول در لیتر،بازده قلب زیر 2 لیتر در دقیقه/متر مربع بدن و میزان اکسیژن خون وریدی زیر 50% به منظور بهبود مقدار مواد آنتی اکسیدان،برای آقایان روزانه سلنیوم 70 میلی گرم و برای خانم ها 55 میلی گرم روزانه تجویز می شود. برای کاهش صدمه وارده به ریه باید میزان نسبت اکسیژن را از 60% کاهش داده و در حداقل ممکن نگه داریم.یکی دیگر از عارضه های اکسیژن درمانی در سیستم عصبی مرکزی و به صورت تشنج دیده می شود.تشنج گاهی به صورت ناگهانی ایجاد می شود و گاهی هم علائمی مانند تهوع،بی حسی در صورت،احساس بوهای ناخوشایند و احساس صدا در گوش دارد.هرچقدر میزان درصد اکسیژن و فشار آن بالاتر باشد این علائم بیشتر نشان داده می شوند.میزان تشنج تا فشار 2/5 اتمسفر بسیار کم بوده و از این فشار به بالا به تدریج میزان تشنج افزایش پیدا می کند.در این حالت قند خون نیز پایین می آید.