一氧化碳经呼吸道吸收进入血循环后与血红蛋白结合成稳定的碳氧血红蛋白并分布于全身。氧进入血循环后与血红蛋白结合为氧合血红蛋白，是氧在体内的主要运载形式。但是一氧化碳与血红蛋白的结合能力比氧与血红蛋白的结合能力大200-300倍，同时碳氧血红蛋白比氧合血红蛋白在组织的解离速度约缓慢3600倍，所以一氧化碳一进入血液内，即与
氧争夺与血红蛋白的结合，并形成不易分离的碳氧血红蛋白。由于后者无携氧能力，造成组织缺氧;它还可通过与细胞色素氧化酶的铁结合而抑制组织细胞对氧的利用。因此，重度一氧化碳中毒者可发生低氧血症，并发肺水肿，出现呼吸困难，如果不及时使用辅助呼吸，排出体内一氧化碳，会导致呼吸衰竭而死亡。