呼吸衰竭的诊断标准主要依据血气分析来判断。一般来说，在海平面静息状态下，呼吸空气时，动脉血氧分压（PaO₂）<60mmHg，伴或不伴动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）>50mmHg，即可诊断为呼吸衰竭。
血气分析指标依据
动脉血氧分压测定： 正常情况下，人体动脉血氧分压在80~100mmHg之间。当PaO₂低于60mmHg时，就有可能处于呼吸衰竭的边缘状态。如果同时伴有PaCO₂高于50mmHg，那就更支持呼吸衰竭的诊断。不同类型呼吸衰竭的区分： 单纯PaO₂<60mmHg，而PaCO₂正常或降低的情况，属于Ⅰ型呼吸衰竭；要是PaO₂<60mmHg且PaCO₂>50mmHg，那就是Ⅱ型呼吸衰竭。
结合临床表现辅助判断
呼吸困难表现： 呼吸衰竭的患者往往会有呼吸急促的情况，严重时可能会出现呼吸费力、喘息等表现。比如一些慢性阻塞性肺疾病患者发展到呼吸衰竭阶段，会明显感觉喘气困难，呼吸频率加快，可能每分钟能达到30次以上。发绀现象： 由于缺氧，患者的口唇、甲床等部位会出现发绀，也就是呈现青紫色。这是因为血液中还原血红蛋白增多导致的，是机体缺氧的一个重要体征表现。
结合基础疾病综合诊断
肺部基础疾病相关： 像慢性支气管炎、肺气肿患者，如果出现上述血气分析异常和相应临床表现，就要考虑呼吸衰竭的可能。例如长期吸烟的慢性支气管炎患者，病情逐渐进展，出现呼吸功能下降，血气检查符合呼吸衰竭标准时，就能确诊。其他系统疾病影响： 一些神经系统疾病也可能导致呼吸衰竭，比如重症肌无力影响呼吸肌功能，这时候结合患者的基础疾病史、临床表现以及血气分析结果来综合判断是否为呼吸衰竭以及明确具体类型。