Toksisitas oksigen adalah suatu kondisi yang terjadi ketika seseorang menghirup terlalu banyak oksigen murni. Udara yang dapat dihirup mengandung sekitar 21 persen oksigen; sisanya terdiri dari nitrogen dan berbagai zat lainnya. Ketika oksigen molekuler, atau O2, dihirup dengan rasio yang lebih tinggi, berbagai gejala termasuk penglihatan terowongan, mual, dan radang saluran udara dapat terjadi. Berbagai bentuk toksisitas oksigen dapat dihasilkan dari berbagai bentuk paparan tingkat oksigen yang meningkat. Kerusakan sistem saraf pusat cenderung diakibatkan oleh tekanan tinggi, paparan jangka pendek terhadap kadar oksigen yang meningkat sementara paparan jangka panjang terhadap peningkatan kadar oksigen pada tekanan atmosfer normal cenderung menyebabkan masalah paru atau mata.
Toksisitas oksigen sistem saraf pusat cenderung terjadi hanya pada tekanan tinggi, sehingga masalah utama bagi penyelam dan orang lain yang menghabiskan waktu dalam kondisi yang lebih tinggi daripada tekanan atmosfer. Ketika seorang penyelam scuba masuk lebih dalam ke dalam air, tekanan parsial dari setiap gas di tangkinya meningkat sebanding dengan kedalamannya. Toksisitas oksigen sistem saraf pusat, kemudian, dimungkinkan pada kedalaman yang cukup karena penyelam menghirup oksigen secara signifikan lebih tinggi dari tekanan atmosfer normal. Hal ini dapat menyebabkan berbagai gejala, termasuk mual; pusing; berkedut; dan dalam kasus yang parah, kejang dan kemungkinan kematian.
Toksisitas oksigen masih mungkin terjadi pada tekanan atmosfer normal; ini terjadi ketika fraksi oksigen di udara jauh lebih tinggi dari normal sekitar 21 persen. Toksisitas dapat terjadi pada 50 persen oksigen atau lebih, meskipun umumnya membutuhkan waktu yang cukup lama, biasanya lebih dari 24 jam, sampai gejala muncul. Pada oksigen mendekati 100 persen, gejala dapat muncul jauh lebih cepat, umumnya setelah 14 jam tetapi kadang-kadang setelah hanya empat jam. Toksisitas oksigen yang terjadi karena paparan oksigen tingkat tinggi yang berkepanjangan pada tekanan atmosfer normal umumnya mengarah ke gejala paru daripada gejala sistem saraf pusat. Gejala tersebut termasuk radang saluran napas dan paru-paru, batuk, kesulitan bernapas, dan demam.
Berbagai mekanisme kimia yang berhubungan dengan respirasi sel dan metabolisme bertanggung jawab atas gejala yang berhubungan dengan toksisitas oksigen. Sementara oksigen dibutuhkan untuk respirasi sel terjadi, konsentrasi yang lebih tinggi dari normal menyebabkan produksi produk sampingan yang sangat reaktif yang dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada sel. Spesies kimia yang sangat reaktif serupa masuk atau diproduksi oleh tubuh secara teratur, tetapi tubuh memiliki banyak sistem yang mampu mencegah atau memperbaiki kerusakan yang mungkin terjadi. Sistem tubuh tidak mampu mengikuti produksi unsur-unsur destruktif ini dalam kondisi oksigen tinggi, sehingga terjadi keracunan oksigen dalam bentuk kerusakan sel.