Der er tale om hypoxi, når der er en reduceret mængde ilt i kroppens væv. Hypoxæmi henviser til en reduktion af PO2 under det normale område, uanset om gasudvekslingen er nedsat i lungerne, CaO2 er tilstrækkelig, eller der foreligger vævshypoxi. Der er flere potentielle fysiologiske mekanismer for hypoxæmi, men hos patienter med KOL er den fremherskende mekanisme V/Q-mismatching med eller uden alveolær hypoventilation, som angivet ved PaCO2. Hypoxæmi forårsaget af V/Q-mismatching, som det ses ved KOL, er relativt let at korrigere, således at der kun er behov for forholdsvis små mængder supplerende ilt (mindre end 3 L/min for de fleste patienter) til LTOT. Selv om hypoxæmi normalt stimulerer ventilationen og giver dyspnø, er disse fænomener og de andre symptomer og tegn på hypoxi tilstrækkeligt variable hos patienter med KOL til at være af begrænset værdi i forbindelse med patientvurdering. Kronisk alveolær hypoxi er den vigtigste faktor, der fører til udvikling af cor pulmonale – højre ventrikulær hypertrofi med eller uden åbenlys højre ventrikelsvigt – hos patienter med KOL. Pulmonal hypertension påvirker overlevelsen negativt ved KOL i et omfang, der er parallelt med den grad, hvormed det gennemsnitlige pulmonalarterietryk i hvile er forhøjet. Selv om sværhedsgraden af luftvejsobstruktion målt ved FEV1 er den bedste korrelation med den samlede prognose hos patienter med KOL, øger kronisk hypoxæmi dødeligheden og morbiditeten uanset sværhedsgrad af sygdommen. Større undersøgelser af LTOT hos patienter med KOL har vist en dosis-respons-sammenhæng mellem daglige timer med iltforbrug og overlevelse. Der er grund til at tro, at kontinuerlig oxygenanvendelse 24 timer om dagen hos passende udvalgte patienter vil give en overlevelsesfordel, der er endnu større end den, der blev påvist i NOTT- og MRC-undersøgelserne.