La résistance des voies respiratoires dépend du diamètre des voies respiratoires et de la densité du gaz inspiré. Par conséquent, lorsque l'azote (ou l'air) est remplacé par l'hélium, la résistance des voies respiratoires est diminuée en raison de la faible densité du gaz inspiré.
Les mélanges hélium/oxygène peuvent améliorer la circulation d'oxygène dans les voies respiratoires pour les patients souffrant d'une obstruction sévère des voies respiratoires dans des pathologies obstructives des voies respiratoires supérieures, l'asthme, la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) , la bronchiolite et le croup. Les symptômes touchant les patients atteints de ces pathologies peuvent être un essoufflement, un taux inférieur à la normale d'oxygène dans le sang artériel, et finalement un affaiblissement des muscles respiratoires. Les mélanges hélium/oxygène peuvent contribuer à réduire ces effets, facilitant la respiration du patient, et comme le travail respiratoire est réduit, ils peuvent aider à lutter contre l'insuffisance respiratoire.
HELIOX peut être utilisé en thérapie de nébulisation comme gaz moteur pour la génération d'aérosol et comme gaz porteur pour l'inhalation d'aérosol.