中樞呼吸衰竭的主要表現是的低氧血癥所致的呼吸困難和多器官功能障礙，呼吸困難是呼吸衰竭最早出現的癥狀，多數患者有明顯的呼吸困難，表現為呼吸的頻率、節律和幅度的改變，較早表現為呼吸頻率增快，病情加重時出現呼吸困難，輔助呼吸肌活動加強，如三凹征，中樞性疾病和中樞神經抑制性藥物所致的呼吸衰竭，表現為呼吸節律改變，如潮式呼吸、比奧呼吸等。
發干是缺氧的典型表現，當動脈血氧飽和度低于90%時，可在口唇指甲出現發干。另應注意：發干的程度與還原型血紅蛋白含量相關，所以紅細胞增多者發干更明顯，貧血者則發干不明顯或不出現。
嚴重休克等原因引起末梢循環障礙的患者，即使動脈血氧分壓正常，也可出現發干，稱作外周性發干。精神神經癥狀，急性缺氧可出現精神錯亂、躁狂、昏迷、抽搐等癥狀，如合并急性二氧化碳滯留可出現嗜睡，淡漠，哭一樣震顫，以致呼吸驟停。循環系統表現，多數患者有心動過速，嚴重低氧血癥，釩中毒可引起心肌損害，也可以引起周圍循環衰竭、血壓下降、心率失常，心搏停止。
消化和泌尿系統表現嚴重呼吸衰竭對肝腎功能都有影響，對可以出現尿蛋白、紅細胞和管型，可以導致胃腸粘膜充血、水腫、糜爛、滲血或應激性潰瘍，引起上消化道出血。
