Nedostatak kisika na staničnoj razini naziva se stanična hipoksija. Ako se ne ispravi ili poništi, unutarstanična funkcija prestaje, što na kraju dovodi do smrti stanice. Ovisno o opsegu iscrpljenosti, stanice mogu kemijski signalizirati sistemske mehanizme koji pokušavaju nadoknaditi nedostatak energije i kisika. Ozljede i bolesti mogu izazvati staničnu hipoksiju. Liječenje stanične hipoksije podrazumijeva zamjenu kisika, tekućine i prehrane.
Bez odgovarajuće opskrbe kisikom, transport elektrona unutar stanice ne funkcionira ispravno. Nagomilavanje elektrona, što uzrokuje složenu progresiju staničnih kvarova. Mitohondriji, organela koja proizvodi energiju unutar stanica, gubi membranski potencijal i prestaje proizvoditi adenozin trifosfat (ATP). Nemajući stalnu opskrbu hranom, stanice iscrpljuju rezerve ATP-a. Ova radnja također može izazvati upalni proces, stvarajući oštećenje tkiva.
Stanice emitiraju kemijske signale koji potiču protok krvi u pokušaju dobivanja više kisika. Nastaju mliječna kiselina i dušikov oksid, uzrokujući kiselu okolinu. Neučinkoviti električni impulsi utječu na lizosome koji prestaju metabolizirati stanične otpadne produkte. Akumulacija elektrona također ometa aktivnost natrij-kalijeve pumpe, dopuštajući kaliju da preplavi ekstra stanične prostore i da natrij i voda uđu u stanicu, što zauzvrat uzrokuje stanični edem i moguće rupture. Hipoksija stanice također mijenja stanične zalihe kalcija potrebne za ispravnu funkciju membrane i oslobađanje neurotransmitera unutar stanice.
Oštećenje membrane pokreće oslobađanje enzima koji počinju probavljati stanicu. Bez zaštitne membrane, stanica umire, uzrokujući da stanični otpad, enzimi i druge kemikalije ulaze u krvotok. Mliječna kiselina i dušikov oksid u dovoljnim količinama pokreću sistemske odgovore. Mliječna kiselina smanjuje kontrakcijsku sposobnost srca. Kiseli signali također desenzibiliziraju arteriole, smanjujući vaskularni odgovor na hormone središnjeg živčanog sustava. Dušikov oksid uzrokuje vazodilataciju, povećava propusnost kapilara i pokreće mehanizme zgrušavanja kako bi se spriječio gubitak krvi. Vanjski znakovi hipoksije mogu uključivati povećanu brzinu disanja jer tijelo nastoji zamijeniti kisik.
Hipoksiju uzrokuje bilo koja okolnost koja ometa pristup kisiku, uključujući traumu tupim predmetom, gubitak tekućine i oštećenje tkiva uslijed dugotrajnog pritiska. Bolesti koje ometaju normalan protok krvi ili smanjuju unos kisika također doprinose hipoksiji stanica. Neki istraživači vjeruju da održavanje prehrane s visokim udjelom polinezasićenih masti smanjuje propusnost membrane i sposobnost stanice da apsorbira kisik. Znanstvenici nagađaju da stanice bez kisika i procesi koji slijede mogu stvoriti okruženje koje potiče rast tumora raka.
Liječenje i zbrinjavanje hipoksije uključuje mjere opće njege. Dodatni kisik i intravenske tekućine sprječavaju daljnje oštećenje stanica i potiču replikaciju stanice osiguravajući prikladan protok krvi i opskrbu kisikom. Pružanje oralne ili intravenske prehrane pomaže stanicama u stjecanju hranjivih tvari potrebnih za staničnu funkciju. Zdravstveni radnici također mogu propisati lijekove koji inhibiraju upalni proces.