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，主要表现为呼吸困难。一般来说，正常人动脉血氧分压（PaO₂）约为 100mmHg，当PaO₂低于60mmHg时，就可能出现低氧血症相关表现。
呼吸系统表现
呼吸频率改变： 轻度低氧血症时，呼吸会增快，可能每分钟呼吸次数超过20次。这是身体的一种代偿机制，试图通过加快呼吸来吸入更多氧气。呼吸困难： 患者会明显感觉呼吸费力，严重时会出现鼻翼扇动、三凹征（胸骨上窝、锁骨上窝、肋间隙在吸气时明显凹陷）。比如慢性阻塞性肺疾病患者出现低氧血症时，就常常伴有明显的呼吸困难表现。
神经系统表现
头痛： 低氧血症会影响脑部供血供氧，从而引发头痛，尤其是前额部比较明显。一般是胀痛感，在活动后可能会加重。精神错乱： 轻度低氧血症可能表现为注意力不集中、反应迟钝；随着低氧血症加重，可能出现烦躁不安、谵妄等精神错乱症状。比如一些严重肺部感染导致低氧血症的患者，可能会出现胡言乱语等精神方面的异常。
心血管系统表现
心率加快： 低氧血症会刺激心脏，使心率加快，可达到每分钟100次以上。这是因为身体需要通过加快心跳来提高血液循环效率，以输送更多氧气到各个组织器官。血压变化： 早期可能表现为血压升高，这是身体为了保证重要脏器供血的一种调节；但严重低氧血症时，血压会下降，甚至出现休克表现，如脉搏细速、四肢湿冷等。例如重症肺炎合并低氧血症的患者，后期可能会出现血压下降的情况。