חמצן נחוץ כדי לבצע פעולות ביולוגיות חיוניות לגוף, מייצר אנרגיה שמניעה את כל תפקודי הגוף ומחזיקה אותנו בחיים. כאשר מטופל שוהה בתא חמצן היפרברי, הלחץ המוגבר עוזר לזרימה נוספת של חמצן לדם, כאשר הדם מקבל כמות מספקת של חמצן זה מסייע להילחם בחיידקים, ממריץ יצור תאי גזע ותהליכים שמעודדים ומזרזים ריפוי.
ברמה התאים – העיקרון הוא שבתנאים רגילים, רק תאי דם אדומים יכולים לשאת חמצן. במהלך הטיפול בתא לחץ חמצן היפרברי, החמצן מתמוסס בכל נוזלי הגוף כגון, פלזמה, לימפה, נוזל מוח שדרתי….. וכך מספק לגוף הובלה נוספת של חמצן. רמות החמצן הגבוהות משפרות את יכולת הגוף לייצר כלי דם חדשים (אנגיוגנזה), לבנות רקמת חיבור חדשה ולעודד צמיחה של תאים חדשים, מסייעות ביכולתם של תאי הדם הלבנים להשמיד חיידקים ולסלק רעלים (תגובה חיסונית מוגברת). אזורים בגוף שזרימת הדם שלהם נפגמה כתוצאה של פציעה או מחלה יכולים לקבל חמצן במהלך טיפול בתא חמצן היפרברי בדרכים שטיפולים אחרים לא יכולים.