患者在一氧化碳中毒后通常会出现神经心理学后遗症。在一项随机试验中，46％常压氧治疗的中毒患者在中毒后6周出现认知后遗症，17％和45％患有情感后遗症。其他后遗症包括步态和运动障碍，周围神经病变，听力丧失和前庭异常，以及痴呆和精神病，这些症状可以是永久性的。大脑的磁共振成像可能揭示一氧化碳中毒后的异常发现。在一项关于一氧化碳中毒患者的前瞻性研究中，脑MRI显示T2加权高信号的数量增加。虽然影像学异常的普遍性尚不清楚，但有研究显示一氧化碳中毒患者中毒24年后存在基底神经节损伤和海马及其他结构的萎缩。在一个队列研究中，中毒后大约6年，19％的患者有认知问题，37％神经系统评估异常。没有一氧化碳中毒史的病人的神经影像学发现的异常可与一氧化碳中毒后影像异常相一致-如海马萎缩或白质高信号，与早期认知能力下降的风险增加有关。目前尚不清楚一氧化碳中毒患者是否也会增加早期认知能力下降或阿尔茨海默病的风险。
　　一氧化碳中毒患者出院后应进行医疗随访。中毒后恢复的程度和速度是可变的。后遗症的发生往往会使恢复过程复杂化，后遗症会持续存在，或在中毒数周后发展，而且可能是永久性的。一氧化碳中毒后的后遗症没有专门的治疗方法。尽管缺乏有关一氧化碳相关后遗症患者干预效果的数据，但临床经验表明，后遗症患者应通过认知、精神、职业、言语和身体康复来治疗其症状。