氧是地球上最普遍和最重要的元素。大气是一种气体混合物，其体积包括20.94%的氧气，78.08%的氮气，0.04%的二氧化碳和其他痕量气体。在实际应用中，空气被认为是21%的氧和79%的氮的混合物。这种混合物在海平面上的总压强是760毫米汞柱。道尔顿定律指出，在气体混合物中，每一种气体根据其占总体积的比例施加其压力。溶解在水中或体液中的气体所产生的压力肯定不同于气态产生的压力。气体在流体中的浓度不仅由压力决定，而且由气体的溶解度系数决定。亨利定律对此作出如下规定：溶解度系数随流体的不同而变化，与温度有关，溶解度与温度成反比。用浓度表示每单位体积水中溶解的气体体积，用大气压表示压力时，重要呼吸气体在体温下的溶解系数为（Oxygen: 0.024 mL O2/mL blood atm pO2）。
氧从周围的空气进入人体肺泡，并继续通过肺、毛细血管和静脉血进入全身动脉和毛细血管血液。然后它穿过组织间液和细胞内液体，到达过氧化物酶体、内质网和线粒体并产生耗氧。肺泡内氧分压（pAO2）约104 mmHg而静脉血氧分压（pvO2）40 mmHg，之间的差异相当于64 mmHg，导致氧气扩散到肺部的血液中。然后，它大部分与血红蛋白结合，被运输到组织毛细血管，在那里被细胞释放出来使用。在那里，氧气与其他各种营养物质发生反应，形成二氧化碳，二氧化碳进入毛细血管，再被运输回肺部。在剧烈运动中，身体对氧气的需氧量可能是正常的20倍，但血液的氧合并不受影响，因为在运动中氧气的扩散能力增加了四倍。这种上升的部分原因是参与的毛细血管数量增加，以及毛细血管和肺泡的扩张。这里的另一个因素是，血液在肺毛细血管中的停留时间通常是引起充分氧合所需时间的三倍。因此，即使在短暂的运动暴露时间里，血液仍然可以几乎完全饱和氧气。通常情况下，从肺部运输到组织的氧气有97%是与红细胞的血红蛋白进行化学结合，剩下的3%溶在血浆中。事实证明，1克的血红蛋白可以与1.34毫升的氧气结合在一起，而氧气会通过通气持续排出。正常血红蛋白浓度为15g/100mL血液。因此，当血红蛋白100%饱和氧时，100ml血液可运输约20(即1.34) mL氧气与血红蛋白结合。由于血红蛋白通常只有97.5%饱和，100毫升血液所携带的氧气实际上是19.5毫升，但在通过组织毛细血管时，这个量减少了14.5毫升(paO2 40 mmHg，氧饱和度为75%)。血红蛋白在维持组织中pO2恒定方面起着重要作用，其上限为40 mmHg。它通常以维持pO2在20 - 40mmhg之间的速率向组织输送氧气。在加压舱中，pO2可能上升十倍，但组织pO2变化很小。血红蛋白的饱和度只能上升3%。
