Er is sprake van hypoxie wanneer er een verminderde hoeveelheid zuurstof in de weefsels van het lichaam aanwezig is. Hypoxemie verwijst naar een verlaging van de PO2 onder het normale bereik, ongeacht of de gasuitwisseling in de longen verstoord is, de CaO2 voldoende is, of er weefselhypoxie bestaat. Er zijn verschillende mogelijke fysiologische mechanismen voor hypoxemie, maar bij patiënten met COPD is de overheersende V/Q wanverhouding, met of zonder alveolaire hypoventilatie, zoals aangegeven door PaCO2. Hypoxemie veroorzaakt door V/Q mismatching zoals gezien bij COPD is relatief gemakkelijk te corrigeren, zodat slechts relatief kleine hoeveelheden aanvullende zuurstof (minder dan 3 L/min bij de meerderheid van de patiënten) nodig zijn voor LTOT. Hoewel hypoxemie normaal gesproken de beademing stimuleert en dyspnoe veroorzaakt, zijn deze verschijnselen en de andere symptomen en tekenen van hypoxemie bij patiënten met COPD zo variabel dat ze van beperkte waarde zijn voor de beoordeling van de patiënt. Chronische alveolaire hypoxie is de belangrijkste factor die leidt tot de ontwikkeling van cor pulmonale – rechterventrikelhypertrofie met of zonder uitgesproken rechterventrikelinsufficiëntie – bij patiënten met COPD. Pulmonale hypertensie heeft een nadelige invloed op de overleving bij COPD, in een mate die evenredig is met de mate waarin de gemiddelde pulmonale slagaderdruk in rust verhoogd is. Hoewel de ernst van de luchtstroomobstructie zoals gemeten door FEV1 het beste correleert met de algemene prognose bij patiënten met COPD, verhoogt chronische hypoxemie de mortaliteit en morbiditeit bij elke ernst van de ziekte. Grootschalige studies van LTOT bij patiënten met COPD hebben een dosis-respons relatie aangetoond tussen het dagelijkse aantal uren zuurstofgebruik en de overleving. Er is reden om aan te nemen dat continu zuurstofgebruik van 24 uur per dag bij goed geselecteerde patiënten een nog groter overlevingsvoordeel zou opleveren dan in de NOTT- en MRC-studies is aangetoond.