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，主要表现为血氧饱和度下降。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症状。
呼吸系统相关症状
呼吸频率改变： 轻度低氧血症时，可能会出现呼吸频率加快，比如原本呼吸频率在16 - 20次/分钟，会增加到20次/分钟以上。这是身体试图通过加快呼吸来获取更多氧气的一种代偿表现。呼吸困难： 随着低氧血症加重，会明显感觉呼吸费力，严重时会出现鼻翼扇动、端坐呼吸等情况。患者会感觉空气不足，需要用力吸气才能满足机体对氧的需求。
神经系统相关症状
头痛： 低氧血症比较常见的神经系统症状是头痛，尤其是前额部的头痛较为明显。这是因为缺氧会引起脑血管扩张，导致颅内压轻度升高从而引发头痛。意识障碍： 严重的低氧血症可能会导致意识障碍，轻度时可能表现为注意力不集中、记忆力减退；重度时可出现嗜睡、昏迷等情况。比如一些慢性阻塞性肺疾病患者，病情加重出现严重低氧血症时，可能从清醒状态逐渐陷入昏睡甚至昏迷。
循环系统相关症状
心率加快： 低氧血症会刺激心脏，使心率加快。早期可能表现为安静状态下心率比正常时增快，比如原本心率70次/分钟左右，可能会增加到90次/分钟以上。这是心脏为了提高心输出量，弥补血氧运输不足的一种代偿机制。血压变化： 轻度低氧血症时，血压可能会升高；但重度低氧血症时，血压会下降，同时还可能出现心律失常等情况，严重影响心脏的正常功能。例如一些重症肺炎患者出现严重低氧血症时，可能会伴随血压降低和心律不齐。
其他相关症状
发绀： 口唇、甲床等部位出现发绀是低氧血症比较典型的表现。因为当血液中还原血红蛋白含量超过50g/L时，就会出现发绀现象。比如长期慢性阻塞性肺疾病患者，在病情加重出现低氧血症时，往往能看到口唇发紫的情况。精神状态改变： 还可能出现烦躁不安等精神状态的改变，这也是由于大脑缺氧导致神经功能紊乱引起的。患者会表现出情绪不稳定，容易激动或者烦躁。