W przeciwieństwie do tkanek prawidłowych, w nowotworach zaburzony jest proces korygowania równowagi bilansu tlenowego. Mechanizmy mające na celu zwalczenie hipoksji, tj. rozszerzenie naczyń krwionośnych, zwiększenie dysocjacji tlenu od hemoglobiny, są mniej wydajne lub nie funkcjonują wcale. Z tego powodu obszary hipoksyczne w tkankach nowotworowych nie są w stanie być zredukowane. Przyjmuje się, że obszar hipoksyczny w guzie można zaobserwować w odległości ok. 100µm od naczynia. Należy jednak pamiętać, iż hipoksja nie zawsze jest ciągła i długotrwała, ale może też występować cyklicznie i zmieniać się w czasie. Takie zjawisko może być spowodowane przez zaburzenia w przepływie krwi oraz fluktuacje erytrocytów.
Frakcja hipoksyczna (HF) Pojęciem frakcji hipoksycznej (HF) opisuje się obszary w guzach litych, w których ułamek wartości ciśnienia parcjalnego tlenu wynosi mniej niż wartość progowa. W zależności od tkanki którą jest badana, wartość progowa tlenu może się wahać od 2,5 mm Hg do 10 mm Hg. Gdy zatem stwierdza się, że pewien nowotwór posiada frakcję hipoksyczną 10 o wartości 10% (HF 10 = 10%), oznacza to, że w 10% objętości guza występuje stężenie tlenu poniżej 10 mm Hg. Przypuszcza się, że około 50-60% guzów litych posiada obszary hipoksyczne.