正常的氧代謝是從呼吸系統的通氣、氣體交換開始的。呼吸過程的任何一個環節發生障礙，都會造成氣體交換不充分。這時，人體先將作出代償性的保護反應。由于神經反射作用或血氣的直接作用，可以使呼吸深度增加，繼而呼吸頻率加快。如果代償性的反應不能滿足機體的需要，就會出現缺氧。
于是，動脈血氧分壓低于正常水平，同時由于二氧化碳積聚造成的二氧化碳分壓高于正常水平。這種現象總稱為呼吸功能不全。如果動脈血氧分壓低于60mmhg，或二氧化碳分壓高于50rnmhg，就稱為呼吸功能衰竭。缺氧的危害無論什么原因造成的缺氧，都會改變機體的機能和代謝狀態。神經系統對于缺氧最為敏感。
即便輕度缺氧也有可能出現智力和視覺的功能紊亂。腦是人體各器官中對氧的需求最大的器官。腦的重量只占體重的2%～3%，而腦的耗氧量占人體總耗氧量的20%～30%。心臟輸出血量的15%都供給了腦。
但是，腦組織本身幾乎沒有一點點供能物質儲備，全部依靠腦循環帶來新鮮血液里面的氧氣來維持生存和執行正常的生理功能。所以，腦組織對缺氧（缺血）的耐受能力最低。腦的慢性輕度缺氧即可引發困倦、注意力分散、記憶力降低等癥狀，隨之出現意識障礙、驚厥、昏睡或昏迷，以至死亡。
如果腦的供血供氧完全中斷，在8～15秒就會喪失知覺，6～10分鐘就會造成不可逆轉的損傷。心臟也是耗氧量大、代謝率高和氧儲備少的器官，所以對于缺氧也很敏感，最容易受到損傷。嚴重缺氧和持續缺氧，可使心肌收縮力降低、心率緩慢、心臟的血液輸出量減少，與缺氧癥狀形成惡性循環，甚至心肌細胞變性、壞死。持續的慢性缺氧容易發生心力衰竭。嚴重缺氧直接抑制呼吸中樞，使呼吸減弱，或出現潮式呼吸，甚至呼吸停止。