Tlenoterapia hiperbaryczna wpływa w znaczący sposób na układ krążenia. Wspomaga nie tylko pracę zdrowego serca, ale przyczynia się do poprawy stanu zdrowia w przypadku różnorakich patologii układu krążenia. Zabiegi HBOT mają korzystny wpływ w niedokrwieniu mięśnia sercowego. W badaniach doświadczalnych wykazano, że zabiegi hiperbarii tlenowej zmniejszają nasilenie zmian patomorfologicznych w mikroskopowym obrazie ognisk zawałowych, a także wspomagają normalizację poziomu kwasów nukleinowych oraz przyspieszają dojrzewanie blizny zawałowej. Korzystny wpływ HBOT w przypadku niedokrwienia mięśnia sercowego związany jest nie tylko z efektem antyhipoksemicznym, ale również z przestrojeniem neurohormonalnej regulacji czynności serca.
Jak wynika z badań, hiperbaria tlenowa powoduje również znaczne zmniejszenie nasilenia procesów zapalnych w ścianie aorty królików karmionych dieta bogatocholesterolową, co wynika zarówno z zahamowania powstania nowych, jak i ze zwiększenia szybkości regresji już istniejących zmian miażdżycowych. Działanie to jest związane z pobudzeniem aktywności układu antyoksydacyjnego organizmu, prowadzącym do zmniejszenia akumulacji produktów oksydacji lipidów w surowicy i tkankach aorty, a także spadku aktywności paraoksonazy w surowicy oraz zmniejszenia zawartości cholesterolu w aorcie.