一氧化碳（CO）中毒的机理主要是CO与人体体内的血红蛋白结合。正常情况下，血红蛋白会携带氧气运输到全身各处。但CO与血红蛋白的结合能力比氧气与血红蛋白的结合能力强约200 - 300倍，一旦CO进入人体，就会迅速与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使得血红蛋白失去携带氧气的能力，导致人体组织器官缺氧。
CO与血红蛋白的结合过程
结合迅速： CO进入人体后，很快就能与血液中的血红蛋白相结合。因为它和血红蛋白结合的速率比氧气快很多，短时间内就会大量占据血红蛋白的结合位点。形成碳氧血红蛋白： 当CO与血红蛋白结合后，就形成了碳氧血红蛋白，这种物质不能携带氧气，从而阻碍了氧气的正常运输。
对人体各器官的影响
对神经系统的影响： 人体的神经系统对缺氧非常敏感。当组织器官缺氧后，神经系统首先受到影响。轻度缺氧时可能会出现头晕、头痛等症状，随着缺氧加重，会出现烦躁不安、意识模糊等情况，严重时会导致昏迷。因为大脑长时间缺氧会受到不可逆的损伤。对心血管系统的影响： 心血管系统也会受到波及。碳氧血红蛋白的形成会影响心脏的正常供血供氧，可能会导致心肌缺氧，进而引起心律失常等心脏问题。而且缺氧还会使血管扩张，导致血压下降等情况。
不同浓度CO的中毒表现
低浓度CO暴露： 当空气中CO浓度较低时，比如在100ppm左右的环境中暴露几小时，可能会出现轻微的头痛、头晕等症状，一般脱离中毒环境后休息一下就能缓解。较高浓度CO暴露： 当CO浓度达到500ppm左右时，人可能在1 - 2小时内出现恶心、呕吐、视力模糊等症状，并且随着时间推移，症状会逐渐加重。如果CO浓度更高，达到2000ppm时，人可能在几十分钟内就会陷入昏迷，甚至有生命危险。