Está determinada por la concentración de oxígeno que se administra y la duración de tiempo del tratamiento. Por regla general, las concentraciones de oxígeno de más del 50%, administradas en forma continua y por más de 24 a 48 horas pueden dañar los pulmones. Se recomienda no utilizar elevadas concentraciones de oxígeno por periodos prolongados sólo  que sea absolutamente necesario para el paciente. Los signos y síntomas de toxicidad son:
Traqueobronquitis, tos (seca) no productiva, dolor retroesternal, sensación de opresión, molestias gastrointestinales y disnea en reposo.
Los síntomas se intensifican y se acompañan de disminución de la capacidad distal, elasticidad e hipoxemia.
La exposición prolongada a elevadas concentraciones de oxígeno produce daño estructural a los pulmones, dando como resultado la atelectasia, edema, hemorragia pulmonar y formación de membrana hialina.
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