高压氧能够加速身体自我修复的过程，在高压氧下可以增加氧的弥散效率和弥散距离，能够有效改善脑内的氧气供应和脑组织储氧量，从而改善脑组织的氧化代谢，为神经系统自我修复提供了充足能量，高压氧给上坡的过程提供了充足的能量。
对于昏迷的患者，高压氧能够显著增加椎基底动脉的供血，椎基底动脉在颅底，颅底有能够激活神志的系统，称为脑干上行网状激活系统，在高压氧下能够显著的增加椎基底动脉供血，激活脑干上行网状激活系统，从而起到唤醒神志的作用。
高压氧下血脑屏障的通透性增加，血脑屏障是指脑和血液中间的块屏障，此屏障可屏蔽掉入侵到血液中间的有害物质，防止血液受到感染，脑组织立刻受到感染。但此屏障在脑损伤修复的过程中，也会屏蔽掉营养脑神经的药物，而在高压氧下，血脑屏障的通透性增加，能够增加药物对脑病的作用。