A redução alveolar de oxigênio, a hiperventilação alveolar e o desequilíbrio da relação ventilação / perfusão são considerados mecanismos fisiopatológicos da hipoxemia.

A insuficiência respiratória aguda hipoxêmica do tipo I ocorre diminuição da ventilação alveolar e consequente hipercapnia, ou seja , aumento da PaCO₂ associada à hipoxemia.

A insuficiência respiratória aguda pode desenvolver-se em indivíduos com pulmões normais e se sobrepõe a insuficiência crônica ou lesões de qualquer componente do sistema respiratório.

A alteração primordial, na insuficiência respiratória do tipo II, é o aumento da ventilação alveolar com desequilíbrio entre esta ventilação e sua demanda.

A insuficiência respiratória crônica tem instalação lenta e às vezes indolente podendo progredir por meses e anos, porém podem ocorrer muitos sintomas pois o sistema respiratório não desenvolve mecanismos compensatórios maximizando as alterações.