低氧血症是指血液中含氧不足，动脉血氧分压低于同龄人的正常下限。一般来说，海平面静息状态下，动脉血氧分压（PaO₂）<8kPa（60mmHg），或伴二氧化碳分压（PaCO₂）>6.7kPa（50mmHg），即为低氧血症。
呼吸系统表现
呼吸频率改变： 轻度低氧血症时，可能会出现呼吸频率增快，比如每分钟呼吸次数可能超过20次。这是身体的一种代偿机制，试图通过加快呼吸来获取更多氧气。呼吸困难： 患者会感觉呼吸费力，严重时可能出现鼻翼扇动、端坐呼吸等表现。比如一些慢性阻塞性肺疾病患者发生低氧血症时，会明显感到喘气困难，呼吸时胸部起伏较大。
神经系统表现
头痛： 低氧血症可能会引起头痛，尤其是前额部疼痛较为常见。这是因为缺氧导致脑血管扩张，颅内压轻度升高所致。一般在血氧改善后，头痛会逐渐缓解。精神症状： 轻度低氧血症时，可能出现注意力不集中、记忆力减退等情况。而重度低氧血症时，可能会出现烦躁不安、谵妄甚至昏迷等表现。例如，严重肺部感染导致低氧血症的患者，可能先出现烦躁，若不及时纠正低氧，会进而陷入昏迷状态。
心血管系统表现
心率改变： 早期低氧血症可刺激心血管系统，使心率加快，可能达到每分钟100次以上。这是机体为了提高心输出量，保证重要器官的血液供应。血压变化： 轻度低氧血症时，血压可能轻度升高，但重度低氧血症时，血压会下降，同时可能出现心律失常，如早搏等情况。比如一些急性呼吸窘迫综合征患者，在低氧血症严重时，会出现血压降低，心电图也可能显示心律失常的改变。
其他表现
发绀： 这是低氧血症比较典型的表现之一。当血液中还原血红蛋白含量超过50g/L时，会出现皮肤、黏膜青紫。比如口唇、甲床等部位会呈现青紫色。循环系统其他表现： 长期慢性低氧血症可能会导致右心肥厚、扩大，最终发展为肺源性心脏病。患者会出现下肢水肿等表现，因为右心功能不全，体循环淤血，导致下肢静脉回流受阻，出现水肿。