Está bem estabelecido que o oxigénio hiperbárico pode aumentar a sensibilidade das células cancerosas à radioterapia e à quimioterapia. Teoriza-se que o tecido canceroso é menos sensível à quimioterapia e à radioterapia quando é hipóxico e que o seu comportamento maligno aumenta. O oxigénio hiperbárico aumenta o oxigénio e os radicais livres nos tecidos cancerígenos, e a quimioterapia e a radioterapia dependem dos radicais livres de oxigénio para matar as células cancerígenas. O mecanismo pelo qual o oxigénio hiperbárico sensibiliza a quimioterapia e a radioterapia está também relacionado com o facto de o oxigénio hiperbárico alterar o ciclo celular. É por isso que o oxigénio hiperbárico foi designado como adjunto da radioterapia e da quimioterapia para aplicações tumorais malignas. Ainda não se sabe se o oxigénio hiperbárico promove ou inibe o crescimento do tumor. Por prudência, ainda ninguém propôs a remoção do oxigénio hiperbárico como contra-indicação relativa para tumores malignos.