高壓氧能夠加速身體自我修復的過程，在高壓氧下可以增加氧的彌散效率和彌散距離，能夠有效改善腦內的氧氣供應和腦組織儲氧量，從而改善腦組織的氧化代謝，為神經系統自我修復提供了充足能量，高壓氧給上坡的過程提供了充足的能量。

對於昏迷的患者，高壓氧能夠顯著增加椎基底動脈的供血，椎基底動脈在顱底，顱底有能夠激活神志的系統，稱為腦幹上行網狀激活系統，在高壓氧下能夠顯著的增加椎基底動脈供血，激活腦幹上行網狀激活系統，從而起到喚醒神志的作用。

高壓氧下血腦屏障的通透性增加，血腦屏障是指腦和血液中間的塊屏障，此屏障可屏蔽掉入侵到血液中間的有害物質，防止血液受到感染，腦組織立刻受到感染。但此屏障在腦損傷修復的過程中，也會屏蔽掉營養腦神經的藥物，而在高壓氧下，血腦屏障的通透性增加，能夠增加藥物對腦病的作用。