完整的呼吸过程由相互衔接且同时进行的外呼吸、气体运输和内呼吸三个环节组成。参与外呼吸任何一个环节的严重病变，都可导致呼吸衰竭，主要包括气道阻塞性病变、肺组织病变、肺血管疾病、胸廓与胸膜病变、心脏疾病等。

1、气道阻塞性病变：管支气管的炎症、痉挛、肿瘤、异物、纤维化瘢痕等均可引起气道阻塞。如慢阻肺、哮喘急性加重时可引起气道痉挛、炎性水肿、分泌物阻塞气道等，导致肺通气不足或通气血流比例失调，发生缺氧和（或）二氧化碳潴留，甚至呼吸衰竭；

2、肺组织病变：各种累及肺泡和（或）肺间质的病变，如肺炎、肺气肿严重肺结核、弥漫性肺纤维化肺水肿、硅沉着病等，均可使有效弥散面积减少、肺顺应性降低、气/血流比例失调，导致缺氧或合并二氧化碳潴留；

3、肺血管疾病：肺栓塞、肺血管炎等可引起通气/血流比例失调，部分静脉血未经氧合直接流入肺静脉，导致呼吸衰竭；

4、胸廓与胸膜病变：胸部外伤所致的连枷胸、严重的自发性或外伤性气胸严重的脊柱畸形大量胸腔积液、胸膜肥厚与粘连、强直性脊柱炎等，均可限制胸廓活动和肺扩张，导致通气不足及吸入气体分布不均，从而发生呼吸衰竭；

5、心脏疾病：各种缺血性心脏疾病、严重心瓣膜疾病、心肌病、心包疾病严重心律失常等均可导致通气和换气功能障碍，从而导致缺氧和（或）二氧化碳潴留。

此外，如果存在神经肌肉疾病，例如脑血管疾病、颅脑外伤、脑炎以及镇静催眠剂中毒可直接或间接抑制呼吸中枢。脊髓颈段或高位胸段损伤（肿瘤或外伤）、脊髓灰质炎、多发性神经炎、重症肌无力、有机磷中毒、破伤风以及严重的钾代谢紊乱等均可累及呼吸肌，造成呼吸肌无力、疲劳麻痹因呼吸动力下降而发生肺通气不足。