在吸氧状态下，呼吸衰竭主要是通过血气分析检查来协助诊断。血气分析中的动脉血二氧化碳分压水平可以直接反映肺泡通气量的变化，一般不受吸入氧浓度的影响，因此可协助吸氧状态下呼吸衰竭的诊断，而且血气分析中的氧合指数也可协助诊断。
呼吸衰竭是临床上常见的呼吸科重症，分为Ⅰ型呼吸衰竭和Ⅱ型呼吸衰竭。Ⅰ型呼吸衰竭即低氧性呼吸衰竭，氧分压＜60mmHg，但二氧化碳分压水平降低或正常。而Ⅱ型呼吸衰竭既有低氧血症，又有二氧化碳分压潴留，血氧分压多＜60mmHg，同时二氧化碳分压＞50mmHg。氧疗是治疗呼吸衰竭的首选方式，吸氧后可能影响氧分压的检查结果。因此可以通过血气分析检查，判断是否存在二氧化碳分压潴留的问题，以此进行诊断。如吸氧后，氧分压仍低于正常值或氧分压恢复但二氧化碳分压仍较高，则说明存在呼吸衰竭的问题。而氧合指数为氧分压与吸氧浓度的比值，可观测所吸氧气是否被充分利用，正常人氧合指数＞300mmHg，如果氧合指数＜300mmHg，也可能提示患者有呼吸衰竭的情况。
呼吸衰竭是指各种原因引起的肺通气和(或)换气功能严重障碍，在安静状态下也不能维持足够的气体交换， 导致低氧血症伴(或不伴)高碳酸血症，除了需结合检查结果，还需结合呼吸困难、发绀、心率加快等临床表现共同诊断。