Mit der Pulsoxymetrie können ohne großen Aufwand und ohne Risiken für den Patienten die Sauerstoffsättigung des Blutes und die Pulsfrequenz bestimmt werden. Daher kann die Methode in der Medizin praktisch überall eingesetzt werden, wenn die Bestimmung dieser Werte notwendig oder nützlich ist. Dies kann unter anderem in der Notfallmedizin, auf der Intensivstation oder auch bei Frühgeborenen der Fall sein.
Die Pulsoxymetrie gehört hier zu den Standardmethoden der Überwachung (Monitoring) verschiedener Parameter eines Patienten. Bei Operationen, anderen Behandlungen und Untersuchungen kann die Pulsoxymetrie z. B. angewendet werden, wenn der Patient eine Narkose bekommt oder starke Beruhigungsmittel erhält. Patienten, die künstlich beatmet werden oder eine Sauerstofftherapie erhalten, sowie auch Patienten, bei denen diese Maßnahmen beendet werden, können durch ein Pulsoxymeter kontrolliert werden.
Der Wert der Sauerstoffsättigung trägt zur Diagnose und Kontrolle von Erkrankungen der Lunge und des Herzens bei. Oft können Probleme mit der Sauerstoffversorgung bereits erkannt werden, bevor Symptome bemerkt werden.