Hypoxia akkor áll fenn, ha a szervezet szöveteiben csökkent az oxigén mennyisége. A hypoxaemia a PO2-nek a normál tartomány alá csökkenésére utal, függetlenül attól, hogy a tüdőben károsodott-e a gázcsere, a CaO2 megfelelő-e, vagy szöveti hypoxia áll fenn. A hipoxémiának számos lehetséges fiziológiai mechanizmusa van, de a COPD-s betegeknél az uralkodó a V/Q eltérés, alveoláris hipoventillációval vagy anélkül, amint azt a PaCO2 jelzi. A COPD-ben megfigyelhető V/Q eltérés okozta hipoxémia viszonylag könnyen korrigálható, így az LTOT-hoz csak viszonylag kis mennyiségű kiegészítő oxigénre van szükség (a betegek többségénél kevesebb, mint 3 L/perc). Bár a hipoxémia általában serkenti a lélegeztetést és nehézlégzést okoz, ezek a jelenségek és a hipoxia egyéb tünetei és jelei a COPD-s betegeknél eléggé változóak ahhoz, hogy korlátozott értéket képviseljenek a betegek értékelésében. A krónikus alveoláris hipoxia a fő tényező, amely a cor pulmonalis – jobb kamrai hipertrófia nyílt jobb kamrai elégtelenséggel vagy anélkül – kialakulásához vezet a COPD-s betegeknél. A pulmonális hipertónia hátrányosan befolyásolja a túlélést COPD-ben, olyan mértékben, amely párhuzamos a nyugalmi átlagos pulmonális artériás nyomás emelkedésének mértékével. Bár a FEV1-gyel mért légáramlási obstrukció súlyossága korrelál a legjobban a COPD-s betegek általános prognózisával, a krónikus hipoxémia a betegség bármely súlyossága esetén növeli a mortalitást és a morbiditást. A COPD-s betegeknél végzett nagyszabású LTOT-vizsgálatok dózis-válasz összefüggést mutattak ki a napi oxigénhasználat és a túlélés között. Okkal feltételezhető, hogy a megfelelően kiválasztott betegeknél a folyamatos, napi 24 órás oxigénhasználat még a NOTT- és MRC-vizsgálatokban kimutatottnál is nagyobb túlélési előnyökkel járna.