由于外呼吸功能严重障碍引起严重的中枢神经系统功能障碍，病人出现嗜睡、意识模糊等称为肺性脑病。其发生机制为：
（1）呼吸衰竭→缺氧→脑组织能量代谢障碍，脑微血管通透性增加→脑水肿→颅内高压；
（2）Ⅱ型呼衰有高碳酸血症，脂溶性CO₂易通过血脑屏障，而HCO₃^-为水溶性，不易通过血脑屏障，这样导致脑内pH降低明显，同时CO₂可扩张脑血管加重脑水肿；
（3）缺氧代谢性酸中毒和CO₂蓄积呼吸性酸中毒，抑制三羧酸循环有关酶的活性，导致脑组织能量供应不足，更加重脑组织细胞的损伤和微血管通透性的增加；酸中毒可导致抑制性神经递质GABA增多，从而引起一系列神经症状。