一氧化碳中毒，主要是由于一氧化碳和氧合蛋白高度的结合力的特性所决定，因为一氧化碳和血液中血红蛋白的结合能力，远大于氧气和血红蛋白结合的能力。在一氧化碳浓度较高的环境下，大量一氧化碳会与血红蛋白结合而形成碳氧血红蛋白，碳氧血红蛋白解离的速度比氧合血红蛋白解离慢，即一氧化碳与血红蛋白结合快、解离慢。这样就会占用血液里大量的血红蛋白，使机体失去携带和运送氧的能力，从而导致机体出现一氧化碳中毒。
由于碳氧血红蛋白没有携带氧、输送氧的功能，就会导致机体的组织、器官出现缺氧症状，尤其对与血氧依赖程度较高的脏器，比如心脏、大脑影响较大。在一氧化碳浓度非常高时，会使人出现闪电样死亡。在一氧化碳中毒发生可能性较大的场合，会安装测验一氧化碳的报警装置，提醒人们注意一氧化碳中毒，对生产和生活的安全非常必要。