低张性缺氧通常是由于吸入气氧分压过低，或吸入低氧混合气体等所致的缺氧，其血氧变化特点通常以动脉血氧分压降低、血氧含量减少为基本特征。
若出现低张性缺氧的情况，由于进入血液的氧减少，使PaO降低，血液中与血红蛋白结合的氧量减少，动脉血氧含量降低，动脉血氧饱和度可降低，氧分压在60mmHg以上时，氧饱和度的变化幅度较小，当氧分压降至60mmHg以下时，动脉血氧含量和氧饱和度显著降低，导致动脉血氧分压降低，继而使组织、细胞缺氧。若血氧容量正常或增高，急性低张性缺氧时，因血红蛋白无明显变化，故血氧容量一般在正常范围，但慢性缺氧者可因红细胞和血红蛋白代偿性增多而使血氧容量增加，动静脉血氧含量差降低或正常，驱使氧从血液向组织弥散的动力是两者之间的氧分压差，低张性缺氧时氧分压降低，氧弥散的驱动力减小，血液向组织弥散的氧量减少，动静脉血氧含量差降低，但在慢性缺氧时，由于组织利用氧的能力代偿性增强，则动静脉血氧含量差的变化可不明显。
出现低张性缺氧时，可因血中的脱氧血红蛋白浓度增高，而使患者出现发绀的情况，但重度贫血患者出现严重缺氧时，因血红蛋白降低可能不会出现发绀的情况。