完整的呼吸過程由相互銜接并同時進行的外呼吸、氣體運輸和內呼吸三個環節來完成。參與外呼吸即肺通氣和肺換氣的任何一個環節的嚴重病變，都可導致呼吸衰竭。
（一）氣道阻塞性病變
氣管支氣管的炎癥、痙攣、腫瘤、異物、纖維化瘢痕，如慢性阻塞性肺疾病（COPD）、重癥哮喘等引起氣道阻塞和肺通氣不足，或伴有通氣／血流比例失調，導致缺氧和CO2儲留，發生呼吸衰竭。
（二）肺組織病變
各種累及肺泡和（或）肺間質的病變，如肺炎、肺氣腫、嚴重肺結核、彌漫性肺纖維化、肺水腫、矽肺等，均致肺泡減少、有效彌散面積減少、肺順應性減低、通氣／血流比例失調，導致缺氧或合并CO2潴留。
（三）肺血管疾病
肺栓塞、肺血管炎等可引起通氣／血流比例失調，或部分靜脈血未經過氧合直接流人肺靜脈，導致呼吸衰竭。
（四）胸廓與胸膜病變
胸部外傷造成連枷胸、嚴重的自發性或外傷性氣胸、脊柱畸形、大量胸腔積液或伴有胸膜肥厚與粘連、強直性脊柱炎、類風濕性脊柱炎等，均可影響胸廓活動和肺臟擴張，造成通氣減少及吸人氣體分布不均，導致呼吸衰竭。
（五）神經肌肉疾病
腦血管疾病、顱腦外傷、腦炎以及鎮靜催眠劑中毒，可直接或間接抑制呼吸中樞。脊髓頸段或高位胸段損傷（腫瘤或外傷）、脊髓灰質炎、多發性神經炎、重癥肌無力、有機磷中毒、破傷風以及嚴重的鉀代謝紊亂，均可累及呼吸肌，造成呼吸肌無力、疲勞、麻痹，導致呼吸動力下降而引起肺通氣不足。
