Wpływ tlenu hiperbarycznego na układ nerwowy jest kolosalny. Badania obrazowe jednoznacznie wskazują, że intensywna terapia hiperbaryczna wpływa zdecydowanie na zniwelowanie następstw niedotlenienia mózgu, a dostarczenie tlenu w warunkach zwiększonego ciśnienia do uszkodzonych komórek powoduje ich reaktywację. Przyczynia się także do zmniejszenia obrzęków i znaczącego zwiększenia elastyczności erytrocytów. Stąd powszechne już stosowanie terapii hiperbarycznej w leczeniu uszkodzeń mózgu (także pourazowych), porażeń mózgowych czy udarów.

Badania kliniczne pokazują, że u chorych poddanych terapii HBOT następuje wyjątkowo duży stopień redukcji stanów spastycznych, wynikający z poprawy funkcji neuronów znajdujących się w uszkodzonych obszarach. Poprawie ulegają także funkcje poznawcze i pamięć.