腦組織的耗氧量很大,約占全身耗氧量的五分之一到四分之一左右,大腦皮層的神經元細胞對低氧血癥時缺氧最為敏感,通常完全停止供氧四到五分鐘即可以引起不可逆性顱腦損傷,低氧對中樞神經系統影響的程度與缺氧發生的速度和程度有關。
當氧分壓降至60毫米汞柱時,機體可以出現注意力不集中,智力和視力輕度減退。當氧分壓迅速降至40到50毫米汞柱以下時會引起患者出現一系列的神經精神癥狀如頭痛、不安、定向力與記憶力障礙、神經錯亂、嗜睡等。當氧分壓低于30毫米汞柱時會出現神志喪失乃至昏迷。當氧分壓低于20毫米汞柱時,只需要數分鐘即可以造成神經細胞不可逆性損傷。