1．血管內溶血 砷化氫引起的溶血機理尚不十分清楚，一般認為血液中砷化物，90～95%與血紅蛋白結合，形成砷-血紅蛋白復合物，通過谷胱甘肽氧化酶的作用，使還原型谷胱甘肽氧化為氧化型谷胱甘肽，紅細胞內還原型谷胱甘肽下降，導致紅細胞膜鈉-鉀泵作用破壞，紅細胞膜破裂，出現急性溶血和黃疸。砷-血紅蛋白復合物、砷氧化物、破碎紅細胞及血紅蛋白管型等可堵塞腎小管，是造成急性腎損害的主要原因，可造成急性腎功能衰竭。實驗研究發現溶血與紅細胞內還原型谷骯甘肽含量下降有密切關系，主要由于：①GSH是能穩定紅細胞含琉基的酶，可保護血紅蛋白及輔酶免受氧化，以保持紅細胞膜的完整性。A5H3與Hb結合后，可產生兩種后果，一是A5H3與GSH有極強的親和力，形成不可逆的砷-血紅蛋白復合物，使紅細胞內GSH含量下降；二是砷-血紅蛋白復合物再與細胞色素氧化酶P450作用形成一種氧化型代謝產物和活性氧類如H202等自由基。由于紅細胞內已耗盡，不能及時清除這些物質，導致脂質過氧化反應，破壞紅細胞，發生溶血。②AsH2可抑制紅細胞過氧化氫酶，致使過氧化氫蓄積，破壞了紅細胞膜的穩定性，使鈉、鉀泵的作用喪失，紅細胞腫脹，血紅蛋白從已缺損的細胞膜中漏出，形成“血影細胞”，導致溶血。③紅細胞GsH大量消耗后，可使Hb變性。有報道小鼠暴露于8699.8mg/m3砷化氫氣體后，可使血紅素的氧化率(Fe2+，Fe3+)增加。體外實驗，紅細胞接觸砷化氫后，血涂片出現Heinz小體，使紅細胞僵硬，其變形性及可塑性大為減退，易于破裂，在通過單核—巨噬系統時也易被阻留而被巨噬細胞破壞，其生成的血紅素與血紅紊結合蛋白(血結素，homopexin)結合，最后被肝臟清除。但在急性中毒患者中未發現高鐵血紅蛋白血癥，溶血發生較快。因此這一學說尚待進一步證實。
2．急性腎功能系竭 溶血后游離血紅蛋白在血漿中與觸珠蛋白結合成血紅蛋白觸珠蛋白復合物。血清中結合珠蛋白是一種糖蛋白，作用似血紅蛋白的轉運蛋白。游離血紅蛋白與血清結合珠蛋白的結合體，分子量大，不能通過腎小球排出，但可被肝實質細胞所清除。當血漿中游離血紅蛋白超過結合珠蛋白所能結合的量時，多余的血紅蛋白即可從腎小球濾出，在近端腎小管被重吸收。如血漿中游離血紅蛋白量>1300ms/L時，臨床出現血紅蛋白尿，約100ml血液中的紅細胞破壞而釋出血紅蛋白量即可引起急性腎衰。腎臟損傷是由于：①紅細胞大量破壞后，砷—血紅蛋白復合物、紅細胞碎片、血紅蛋白管型等物阻塞腎小管。②砷化氫對腎臟的直接毒作用、腎臟有效循環血量持續減少、腎小管內皮細胞代謝障礙等因素導致腎小管功能紊亂、壞死，甚至發生急性腎功能衰竭。
砷化氫對全身主要器官如神經、心、肝、肺等都有毒性，且由于溶血后的作用，使很多器官受到更多的損傷。