Lista wskazań do hiperbarycznej terapii tlenowej obejmuje szereg chorób i dolegliwości, które zostały ustalone przez Europejski Komitet Medycyny Hiperbarycznej (ECHM) oraz Stowarzyszenie Medycyny Podwodnej i Hiperbarycznej (UHMS) w USA. Hiperbarię tlenową wykorzystuje się również w leczeniu schorzeń, które nie znajdują się na oficjalnych listach wskazań (np. boreliozy, udarów mózgu, chorób skóry, urazów sportowych, stwardnienia rozsianego), aczkolwiek w większości tego typu przypadków prowadzi się nadal badania mające na celu potwierdzenie skuteczności hiperbarycznej terapii tlenowej. Same listy wskazań w rozmaitych krajach potrafią się bardzo od siebie różnić. Przykładem tutaj może być Francja, która w 2016 roku dopisała autyzm do indeksu chorób wskazanych do leczenia w komorze hiperbarycznej. Również same ośrodki hiperbarii tlenowej prowadzą własne statystyki (działa to bardzo prężnie np. w Niemczech), z których na przykład wynika, że około 80% pacjentów z chroniczną boreliozą odczuwa poprawę w okresie do paru tygodni od zakończenia zabiegów. W czasie zabiegu w komorze hiperbarycznej stężenie tlenu w osoczu na zasadzie fizycznego rozpuszczania się wzrasta do wartości nawet 20 razy większych niż w warunkach normobarycznych. Przyczynia się to do znacznego zwiększenia promienia dyfuzji tlenu z naczyń włosowatych do otaczających je niedotlenionych tkanek – w tym przypadku mowa jest nawet o 4- krotnym zwiększeniu.