Oksijen zehirlenmesi yüksek kısmi basınçta moleküler oksijen (O2) solunmasının zararlı etkileriyle oluşan durumdur. Tarihi olarak merkezî sinir sistemiyle ilgili duruma Paul Bert etkisi ve pulmoner olana da Lorrain Smith etkisi denir. Bert ve Smith 19. yy. sonlarında bu durumları keşfeden ve ilk olarak tarif eden araştırmacılardır. Ciddi vakalar, en çok merkezî sinir sistemi, akciğer ve gözlerde görülen etkilerle (prematüre bebeklerde), hücre zedelenmesi ve ölümle sonuçlanabilir. Oksijen zehirlenmesi, aletli dalış yapanlar, yüksek yoğunlukta suplemental oksijen verilenler (özellikle prematüre bebekler) için bir endişe unsurudur.
Yüksek yoğunlukta oksijen solunmasının sonucu, oksijenin dokularda fazlalığı yani hiperoksidir. Vücut maruz kalmanın türüne göre farklı yollarla etkilenir. Merkezî sinir sistemi zehirlenmesinin sebebi, genellikle 3 ATA üzerinde, %100 oksijene maruz kalmadır.Merkezi sinir sistemi üzerindeki bu etki oksijenin kesilmesi veya daha düşük basınçta oksijen verilmesi ile geri döner. Pulmoner ve oküler zehirlenme normal basınç altında yüksek oksijen yüzdesinde maruz kalınması neticesinde oluşur. Semptomlar dezoriyantasyon, solunum problemleri ve geçici miyopi gibi görüş bozukluklarını kapsayabilir. Uzun süreli veya çok yüksek yoğunluklu oksijen, hücre zarlarında oksidatif stres, akciğerlerde alveol kolapsına, retina dekolmanı sebep olabilir. Oksijen zehirlenmesine maruz kalınan yüksek oksijen seviyesinin düşürülmesi ile müdahale edilir. Araştırmalar çoğu oksijen zehirlenmesi türünün çok sağlıklı bir şekilde atlatılmasının mümkün olduğunu göstermektedir.