一氧化碳中毒主要是由于缺氧所致，因为一氧化碳和氧气会竞争性地结合血红蛋白，所以一氧化碳中毒实质上就是一个组织细胞缺氧的过程。大脑对缺氧是最敏感的，当大脑完全缺氧超过四分钟，这个时候大脑皮层的细胞就出现不可逆的坏死，就会出现脑死亡的状态。

如果缺氧的时间相对短一些或缺氧程度没那么重，一般情况下几个小时或者是几天之内就可以苏醒。如果超过10到14天，也就是脑水肿的高峰期过了以后还没有苏醒，苏醒的概率就很低了。其他器官在缺血缺氧的情况，也会出现功能异常，但是耐受性都要比脑子好，比如说肝肾，这些器官对缺氧耐受性都要好一些，但是如果缺氧时间长，也会出现不可逆的一些损伤。