CO吸入体内后，与血液中的血红蛋白（Hb）结合，形成稳定的碳氧血红蛋白（COHb），随血流分布于全身。一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200～300倍，而碳氧血红蛋白的解离却比氧合血红蛋白慢3600倍。因此，CO一经吸入，即可产生大量碳氧血红蛋白，严重影响血红蛋白的携氧及其解离，造成组织缺氧。从氧代谢角度来讲，中枢神经系统对缺氧最敏感，故脑部最先受累。