呼吸酸中毒对神经系统的影响，主要是当二氧化碳分压增高时，由于二氧化碳易于通过血脑屏障，很快能导致脑组织和脑积液中的碳酸增加，而碳酸氢根为水溶性很难透过血脑屏障进入到脑脊液内，结果造成脑积液内的碳酸氢根和碳酸的比值显著降低，氢离子浓度随之增加，从而影响脑细胞代谢，降低脑细胞兴奋性，高碳酸血症时可出现多种精神神经系统功能异常，常见于二氧化碳分压大于70毫米汞柱时，早期症状包括头痛不安、失眠等兴奋症状。而如果进一步的二氧化碳分压大于80毫米汞柱时，可出现震颤、精神错乱、神智模糊、瞻望、嗜睡，甚至昏迷，高浓度的二氧化碳可使脑血管扩张和脑血流量增加，引起脑接着水煮脑细胞水肿，婴儿可以导致颅内压增高。