低氧血症通常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。引起低氧血症的原因有多种，比如呼吸系统疾病，像慢性阻塞性肺疾病患者，其气道存在阻塞、气流受限情况，会影响气体交换，约有30% - 50%的慢性阻塞性肺疾病患者会出现低氧血症；重症肺炎时，肺部炎症会导致肺泡换气功能障碍，也易引发低氧血症。
呼吸系统疾病相关原因
肺部通气功能障碍： 比如胸廓畸形，像严重的脊柱侧弯会使胸廓活动受限，影响肺的通气，进而导致低氧血症。另外，呼吸肌麻痹，如格林 - 巴利综合征累及呼吸肌时，会造成呼吸肌无力，引起通气不足，引发低氧血症。肺部换气功能障碍： 肺间质纤维化患者，肺间质出现弥漫性纤维组织增生，会破坏肺泡 - 毛细血管膜的结构和功能，影响气体交换，导致低氧血症。还有肺血管疾病，如肺栓塞，血栓堵塞肺动脉，使部分肺组织无法进行有效的气体交换，从而出现低氧血症。
循环系统相关原因
心源性因素： 严重的心力衰竭，尤其是左心衰竭时，会导致肺循环淤血，影响肺部的气体交换，引起低氧血症。例如，冠心病患者发生急性左心衰时，就可能出现呼吸困难、低氧血症等表现。右向左分流的先天性心脏病： 像法洛四联症，存在室间隔缺损、肺动脉狭窄、主动脉骑跨和右心室肥厚，使得静脉血未经充分氧合就直接进入体循环，造成低氧血症。患儿通常会有口唇、甲床发绀等表现。
其他因素导致
高空环境： 当人处于高海拔地区时，由于空气中氧分压降低，会引起机体缺氧，出现低氧血症。比如在海拔3000米以上的地区，正常人可能就会有不同程度的低氧表现。贫血： 重度贫血患者，血液携带氧的能力下降，即使肺部气体交换正常，也会因为血红蛋白含量不足而导致组织缺氧，出现低氧血症。例如，血红蛋白浓度低于60g/L的重度贫血患者，很可能伴有低氧血症相关症状。