呼吸衰竭可由肺通气、换气功能障碍，呼吸肌及神经控制问题等多个层面单独或共同引发，需针对病因综合治疗以改善呼吸功能。
- 肺通气功能障碍：如胸廓畸形、胸腔积液、气胸等限制了肺的扩张，使通气量减少。阻塞性通气不足常见于慢性阻塞性肺疾病，气道狭窄或阻塞，气流受阻，导致通气功能障碍。
- 肺换气功能障碍：弥散障碍如肺纤维化、肺水肿等，使气体在肺泡与血液之间的交换受阻。部分肺泡通气不足但血流正常，或者部分肺泡血流不足但通气正常，都会影响气体交换。肺内解剖分流增加常见于先天性心脏病，如室间隔缺损伴肺动脉高压，使未经氧合的静脉血掺入动脉血，导致缺氧。
- 呼吸肌疲劳或无力：如重症肌无力、低钾血症等影响呼吸肌的收缩功能，导致通气不足。
- 呼吸中枢抑制：如颅脑损伤、脑血管疾病、麻醉药物过量等抑制呼吸中枢，使呼吸驱动减弱。
- 神经控制：由于中枢神经系统、周围神经系统或神经肌接头的异常，导致呼吸中枢受损或传导障碍。如中枢神经系统的疾病、脑干损伤抑制呼吸反应等因素会影响正常的呼吸控制。
患者可针对特定病因，通过吸氧、机械通气等方式，纠正低氧血症和高碳酸血症，改善通气功能，以及治疗导致呼吸衰竭的原发疾病。