การเพิ่มการส่งออกซิเจนไปยังสมอง หนึ่งในกลไกสำคัญเบื้องหลังประสิทธิผลของการบำบัดด้วยออกซิเจนแรงดันสูงคือความสามารถในการเพิ่มการส่งออกซิเจนไปยังสมอง โดยการเพิ่มความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือด HBOT ช่วยชดเชยการไหลเวียนของเลือดหรือการจ่ายออกซิเจนไปยังสมองที่ลดลงซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในความผิดปกติทางระบบประสาท ซึ่งสามารถส่งเสริมการรักษาและการสร้างเนื้อเยื่อสมองที่เสียหายใหม่ รวมถึงปรับปรุงการทำงานโดยรวมของสมอง
ผลการปกป้องระบบประสาท การบำบัดด้วยออกซิเจนแรงดันสูงยังพบว่ามีผลในการปกป้องระบบประสาท ซึ่งหมายความว่าสามารถช่วยปกป้องสมองจากความเสียหายเพิ่มเติมได้ ในภาวะต่างๆ เช่น การบาดเจ็บที่สมองจากอุบัติเหตุ โรคหลอดเลือดสมอง หรือโรคระบบประสาทเสื่อม สมองมักได้รับความเครียดจากออกซิเดชันและการอักเสบ ซึ่งอาจทำให้ความเสียหายรุนแรงขึ้น HBOT ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถลดความเครียดจากออกซิเดชัน ยับยั้งการอักเสบ และส่งเสริมการผลิตปัจจัยการเจริญเติบโตที่รองรับการอยู่รอดและการซ่อมแซมเซลล์สมอง
