中枢呼吸衰竭的主要表现是的低氧血症所致的呼吸困难和多器官功能障碍，呼吸困难是呼吸衰竭最早出现的症状，多数患者有明显的呼吸困难，表现为呼吸的频率、节律和幅度的改变，较早表现为呼吸频率增快，病情加重时出现呼吸困难，辅助呼吸肌活动加强，如三凹征，中枢性疾病和中枢神经抑制性药物所致的呼吸衰竭，表现为呼吸节律改变，如潮式呼吸、比奥呼吸等。
发干是缺氧的典型表现，当动脉血氧饱和度低于90%时，可在口唇指甲出现发干。另应注意：发干的程度与还原型血红蛋白含量相关，所以红细胞增多者发干更明显，贫血者则发干不明显或不出现。
严重休克等原因引起末梢循环障碍的患者，即使动脉血氧分压正常，也可出现发干，称作外周性发干。精神神经症状，急性缺氧可出现精神错乱、躁狂、昏迷、抽搐等症状，如合并急性二氧化碳滞留可出现嗜睡，淡漠，哭一样震颤，以致呼吸骤停。循环系统表现，多数患者有心动过速，严重低氧血症，钒中毒可引起心肌损害，也可以引起周围循环衰竭、血压下降、心率失常，心搏停止。
消化和泌尿系统表现严重呼吸衰竭对肝肾功能都有影响，对可以出现尿蛋白、红细胞和管型，可以导致胃肠粘膜充血、水肿、糜烂、渗血或应激性溃疡，引起上消化道出血。
