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等。一般来说，正常人动脉血氧分压（PaO₂）约为 100mmHg，当PaO₂低于60mmHg时可判定为低氧血症。
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超过20次。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：中重度低氧血症时，会明显感觉呼吸困难，患者可能会出现喘息、气促，严重时甚至会有端坐呼吸的情况，即不能平卧，必须坐着才能稍微缓解呼吸苦难的状态。
神经系统表现
头痛：低氧血症比较常见的神经系统表现是头痛，尤其是在早晨起床时可能会感觉头痛明显。这是因为缺氧导致脑血管扩张，颅内压轻度升高引起的。精神状态改变：轻度低氧血症可能会表现为注意力不集中、烦躁不安；随着低氧血症加重，可能会出现嗜睡、意识模糊，严重时可导致昏迷。例如，一些慢性阻塞性肺疾病患者，病情加重出现低氧血症时，早期可能只是精神有点烦躁，进一步发展就会嗜睡甚至昏迷。
心血管系统表现
心率加快：低氧血症会刺激心脏，导致心率加快，一般心率可能会超过100次/分钟。这是身体的一种代偿机制，通过加快心率来增加心输出量，试图为组织器官输送更多的氧气。血压变化：早期低氧血症可能会使血压升高，因为身体要保证重要脏器的血液供应，会通过调节血管收缩来提升血压；但随着低氧血症持续加重，心脏功能受到影响，血压可能会下降，出现休克等严重情况。
其他表现
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。当血液中还原血红蛋白含量超过50g/L时，就可能出现发绀现象。不过，在贫血等情况时，即使有低氧血症，发绀可能不明显，因为还原血红蛋白量不够。循环系统紊乱：严重低氧血症还可能导致循环系统紊乱，出现外周循环灌注不足，表现为四肢末端冰冷、皮肤苍白等。